DE10225593A1 - Increasing the Vitamin E content of plants, useful e.g. in foods and animal feeds, by transgenic expression of tocopherol synthesis enhancing protein-1 - Google Patents
Increasing the Vitamin E content of plants, useful e.g. in foods and animal feeds, by transgenic expression of tocopherol synthesis enhancing protein-1Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft transgene Expressionskonstrukte und Verfahren zum Erhöhen des Vitamin E-Gehaltes in pflanzlichen Organismen, bevorzugt in Algen, durch transgene Expression von ORF sll0832 aus Synechocystis sp. PCC6803. Die Erfindung betrifft ferner transgene Expressionskonstrukte zur Expression von ORF sll0832 in pflanzlichen Organismen, bevorzugt in Algen, transgene pflanzlichen Organismen exprimierend ORF sll0832, sowie die Verwendung von besagter transgener pflanzlichen Organismen zur Herstellung von Nahrungs-, Futtermitteln, Saatgut, Pharmazeutika oder Feinchemikalien, insbesondere zur Herstellung von Vitamin E. The invention relates to transgenic expression constructs and Process for increasing the vitamin E content in vegetable Organisms, preferably in algae, by transgenic expression of ORF sll0832 from Synechocystis sp. PCC6803. The invention relates also transgenic expression constructs for the expression of ORF sll0832 in plant organisms, preferably in algae, transgenic plant organisms expressing ORF sll0832, as well as the Use of said transgenic plant organisms for Manufacture of food, animal feed, seeds, pharmaceuticals or fine chemicals, especially for the production of vitamin E.
Die in der Natur vorkommenden acht Verbindungen mit Vitamin E-
Aktivität sind Derivate des 6-Chromanols (Ullmann's Encyclopedia
of Industrial Chemistry, Vol. A 27 (1996), VCH
Verlagsgesellschaft, Chapter 4., 478-488, Vitamin E). Die Gruppe der
Tocopherole (1a-d) weist eine gesättigte Seitenkette auf, die Gruppe
der Tocotrienole (2a-d) eine ungesättigte Seitenkette:
1a, α-Tocopherol: R1 = R2 = R3 = CH3
1b, β-Tocopherol [148-03-8]: R1 = R3 = CH3, R2 = H
1c, γ-Tocopherol [54-28-4]: R1 = H, R2 = R3 = CH3
1d, δ-Tocopherol [119-13-1]: R1 = R2 = H, R3 = CH3
2a, α-Tocotrienol [1721-51-3]: R1 = R2 = R3 = CH3
2b, β-Tocotrienol [490-23-3]: R1 = R3 = CH3, R2 = H
2c, γ-Tocotrienol [14101-61-2]: R1 = H, R2 = R3 = CH3
2d, δ-Tocotrienol [25612-59-3]: R1 = R2 = H, R3 = CH3
The eight naturally occurring compounds with vitamin E activity are derivatives of 6-chromanol (Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A 27 (1996), VCH Verlagsgesellschaft, Chapter 4., 478-488, vitamin E). The group of tocopherols (1a-d) has a saturated side chain, the group of tocotrienols (2a-d) has an unsaturated side chain:
1a, α-tocopherol: R 1 = R 2 = R 3 = CH 3
1b, β-tocopherol [148-03-8]: R 1 = R 3 = CH 3 , R 2 = H
1c, γ-tocopherol [54-28-4]: R 1 = H, R 2 = R 3 = CH 3
1d, δ-tocopherol [119-13-1]: R 1 = R 2 = H, R 3 = CH 3
2a, α-tocotrienol [1721-51-3]: R 1 = R 2 = R 3 = CH 3
2b, β-tocotrienol [490-23-3]: R 1 = R 3 = CH 3 , R 2 = H
2c, γ-tocotrienol [14101-61-2]: R 1 = H, R 2 = R 3 = CH 3
2d, δ-tocotrienol [25612-59-3]: R 1 = R 2 = H, R 3 = CH 3
In der vorliegenden Erfindung werden unter Vitamin E alle acht vorstehend erwähnten Tocopherole und Tocotrienole mit Vitamin-E- Aktivität verstanden. In the present invention, vitamin E includes all eight tocopherols and tocotrienols with vitamin E Activity understood.
Vitamin E-Verbindungen haben einen hohen wirtschaftlichen Wert als Zusatzstoffe im Food- und Feed-Bereich, in pharmazeutischen Formulierungen und in kosmetischen Anwendungen. Vitamin E compounds have a high economic value as additives in the food and feed sector, in pharmaceuticals Formulations and in cosmetic applications.
Es gibt Versuche zur Erhöhung des Stoffwechselflusses zur Steigerung des Tocopherol- bzw. Tocotrienolgehaltes in transgenen Pflanzen durch Überexpression einzelner Tocopherol-Biosynthesegene (WO 97/27285; WO 99/04622; WO 99/23232; WO 00/10380; Shintani und Dellapenna, Science 282 (5396): 2098-2100, 1998; Tsegaye et al. Jahrestreffen der American Society of Plant Physiologists (24.-28.07.1999, Baltimore, USA) Abstract No. 413). There are attempts to increase the metabolic flow Increase in tocopherol or tocotrienol content in transgenic plants by overexpression of individual Tocopherol biosynthesis genes (WO 97/27285; WO 99/04622; WO 99/23232; WO 00/10380; Shintani and Dellapenna, Science 282 (5396): 2098-2100, 1998; Tsegaye et al. Annual meeting of the American Society of Plant Physiologists (July 24-28, 1999, Baltimore, USA) Abstract No. 413).
Synechocystis sp. PCC 6803 ist ein einzelliges, nicht Stickstoff fixierendes Cyanobakterium, das genetisch gut untersucht ist (Churin et al. (1995) J Bacteriol 177: 3337-3343), leicht transformiert werden kann (Williams (1988) Methods Enzymol 167: 766-778) und ein sehr aktives homologes Rekombinationsvermögen aufweist. Der Stamm PCC 6803 wurde 1968 von R. Kunisawa als Aphanocapsa N-1 in Kalifornien, USA, aus Süßwasser isoliert und ist heute über die "Pasteur Culture Collection of Axenic Cyanobacterial Strains" (PCC), Unité de Physiologie Microbienne, Paris, Frankreich, erhältlich. Die genomische Gesamtsequenz von Synechocystis sp. PCC 6803 wurde ab 1995 veröffentlicht (Kaneko et al. (1995) DNA Research 2: 153-166; Kaneko et al. (1995) DNA Research 2: 191-198; Kaneko et al. (1996) DNA Research 3: 109-136; Kaneko et al. (1996) DNA Research 3: 185-209; Kaneko und Tabata (1997) Plant Cell Physiol 38: 1171-1176; Kotani und Tabata (1998) Annu Rev Plant Physiol 49: 151-171) und ist über das Internet (http:/ / www.kazusa.or.jp/cyano/cyano.html) unter dem Namen "CyanoBase" veröffentlicht. Effektive Expressionssysteme für Synechocystis 6803 sind in der Literatur beschrieben (Mermet- Bouvier et al. (1993) Curr Microbiol 27: 323-327; Mermet-Bouvier und Chauvat (1993) Curr Microbiol 28: 145-148; Murphy und Stevens (1992) Appl Environ Microbiol 58: 1650-1655; Takeshima et al. (1994) Proc Natl Acad Sci USA 91: 9685-9689; Xiaoqiang et al. (1997) Appl Environ Microbiol 63: 4971-4975; Ren et al. (1998) FEMS Microbiol Lett 158: 127-132). Synechocystis sp. PCC 6803 is a unicellular, not nitrogen fixing cyanobacterium that has been genetically well studied (Churin et al. (1995) J Bacteriol 177: 3337-3343), easy can be transformed (Williams (1988) Methods Enzymol 167: 766-778) and a very active homologue Has recombination ability. The PCC 6803 strain was created in 1968 by R. Kunisawa as Aphanocapsa N-1 in California, USA, isolated from fresh water and is today about the "Pasteur Culture Collection of Axenic Cyanobacterial Strains "(PCC), Unité de Physiologie Microbienne, Paris, France. The overall genomic sequence of Synechocystis sp. PCC 6803 was published from 1995 (Kaneko et al. (1995) DNA Research 2: 153-166; Kaneko et al. (1995) DNA Research 2: 191-198; Kaneko et al. (1996) DNA Research 3: 109-136; Kaneko et al. (1996) DNA Research 3: 185-209; Kaneko and Tabata (1997) Plant Cell Physiol 38: 1171-1176; Kotani and Tabata (1998) Annu Rev Plant Physiol 49: 151-171) and is on the Internet (http: / / www.kazusa.or.jp/cyano/cyano.html) under the name "CyanoBase" released. Effective expression systems for Synechocystis 6803 are described in the literature (Mermet- Bouvier et al. (1993) Curr Microbiol 27: 323-327; Mermet-Bouvier and Chauvat (1993) Curr Microbiol 28: 145-148; Murphy and Stevens (1992) Appl Environ Microbiol 58: 1650-1655; Takeshima et al. (1994) Proc Natl Acad Sci USA 91: 9685-9689; Xiaoqiang et al. (1997) Appl Environ Microbiol 63: 4971-4975; Ren et al. (1998) FEMS Microbiol Lett 158: 127-132).
Trotz einiger Erfolge besteht weiterhin Bedarf an einer Optimierung der Vitamin E Biosynthese. Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, weitere Verfahren zur Verfügung zu stellen, die die Vitamin E-Biosynthese steigern und damit zu vorteilhaften transgenen pflanzlichen Organismen führen. Despite some success, there is still a need for one Optimization of vitamin E biosynthesis. The object of the invention was to achieve this to provide additional procedures that the Increase vitamin E biosynthesis and thus beneficial lead transgenic plant organisms.
Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung gelöst. Im Rahmen der Erfindung wurde das Protein kodiert durch ORF sll0832 aus Synechocystis sp. PCC 6803 (GenBank Acc.-No.: NP_442444; gi: 16331716; SEQ ID NO: 2) überraschenderweise als Schlüsselfaktor der Vitamin E-Biosynthese identifiziert (infolge Tocen-1 für "Tocopherol synthesis enhancing protein"-1). Tocen-1 ist in der GenBank als unbekanntes Protein ohne jegliche Funktionsannotation klassifiziert. Das Protein weißt keine signifikanten Homologien zu anderen Proteinen bekannter Funktion auf. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass die transgene Expression dieses Proteins, den Vitamin E Gehalt in pflanzlichen Organismen erhöhen kann. This object is achieved by the present invention. in the In the context of the invention, the protein was encoded by ORF sll0832 from Synechocystis sp. PCC 6803 (GenBank Acc.-No .: NP_442444; gi: 16331716; SEQ ID NO: 2) surprisingly as Key factor in vitamin E biosynthesis identified (as a result of Tocen-1 for "Tocopherol synthesis enhancing protein" -1). Tocen-1 is in the GenBank as an unknown protein without any Function annotation classified. The protein has no significant Homologies to other proteins of known function. Surprisingly, it was found that the transgenic expression of this protein, the vitamin E content in plant organisms can increase.
Ein erster Gegenstand der Erfindung umfasst Verfahren zum Erhöhen
des Vitamin E-Gehaltes in pflanzlichen Organismen, durch
- a) transgene Expression des Tocen-1 Proteins kodiert durch SEQ ID NO: 2 oder eines funktionellen Äquivalentes desselben oder eines funktionell äquivalenten Teils der vorgenannten in dem besagten pflanzlichen Organismus oder einem Gewebe, Organ, Teil oder Zelle des besagten pflanzlichen Organismus, und
- b) Auswahl von pflanzlichen Organismen, bei denen - im Unterschied oder Vergleich zum Ausgangsorganismus - der Vitamin E- Gehalt in dem besagten pflanzlichen Organismus oder einem Gewebe, Organ, Teil oder Zelle des besagten pflanzlichen Organismus erhöht ist.
- a) transgenic expression of the Tocen-1 protein encoded by SEQ ID NO: 2 or a functional equivalent thereof or a functionally equivalent part of the aforesaid in said plant organism or a tissue, organ, part or cell of said plant organism, and
- b) Selection of plant organisms in which - in contrast to or compared to the starting organism - the vitamin E content in said plant organism or in a tissue, organ, part or cell of said plant organism is increased.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann im Prinzip auf alle pflanzlichen Organismen angewendet werden, bevorzugt auf solche die natürlicherweise Vitamin E produzieren, ganz besonders bevorzugt auf solche die für industrielle Produktion von natürlichem Vitamin E eingesetzt werden. In principle, the method according to the invention can be applied to all plant organisms are used, preferably on those produce vitamin E naturally, especially preferred to those for industrial production of natural Vitamin E can be used.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft transgene Expressionskonstrukte zur Expression einer Nukleinsäuresequenz kodierend für das Tocen-1 Proteins kodiert durch SEQ ID NO: 2 oder eines funktionellen Äquivalentes desselben oder eines funktionell äquivalenten Teils der vorgenannten. Besonders bevorzugt ist die Sequenz gemäß SEQ ID NO: 1 und die aufgrund der Degeneration des genetischen Codes davon abgeleiteten Sequenzen sowie funktionell äquivalente Teile der vorgenannten. Another object of the invention relates to transgenic Expression constructs for the expression of a nucleic acid sequence encoding the Tocen-1 protein encoded by SEQ ID NO: 2 or a functional equivalent of the same or one functionally equivalent part of the aforementioned. Especially the sequence according to SEQ ID NO: 1 and that based on the degeneration of the genetic code Sequences and functionally equivalent parts of the aforementioned.
"Pflanzlicher Organismus oder von diesem abgeleitete Zellen" meint allgemein jede Zelle, Gewebe, Teile oder Vermehrungsgut (wie Samen oder Früchte) eines Organismus, der zur Photosynthese befähigt ist. Eingeschlossen sind im Rahmen der Erfindung alle Gattungen und Arten höherer und niederer Pflanzen des Pflanzenreiches. Einjährige, mehrjährige, monocotyledone und dicotyledone Pflanzen sind bevorzugt. Eingeschlossen sind reife Pflanze, Saatgut, Sprosse und Keimlinge, sowie davon abgeleitete Teile, Vermehrungsgut (zum Beispiel Knollen, Samen oder Früchte) und Kulturen, zum Beispiel Zell- oder Kalluskulturen. "Plant organism or cells derived from it" generally means every cell, tissue, part or propagation material (like seeds or fruits) of an organism used for photosynthesis is capable. All are included within the scope of the invention Genera and species of higher and lower plants of the Plant Kingdom. Annuals, perennials, monocotyledons and dicotyledons Plants are preferred. Included are mature plant, Seeds, shoots and seedlings, as well as parts derived from them, Propagation material (for example tubers, seeds or fruits) and Cultures, for example cell or callus cultures.
"Pflanze" im Rahmen der Erfindung meint alle Gattungen und Arten höherer und niederer Pflanzen des Pflanzenreiches. Eingeschlossen unter dem Begriff sind die reifen Pflanzen, Saatgut, Sprossen und Keimlinge, sowie davon abgeleitete Teile, Vermehrungsgut, Pflanzenorgane, Gewebe, Protoplasten, Kallus und andere Kulturen, zum Beispiel Zellkulturen, sowie alle anderen Arten von Gruppierungen von Pflanzenzellen zu funktionellen oder strukturellen Einheiten. Reife Pflanzen meint Pflanzen zu jedem beliebigen Entwicklungsstadium jenseits des Keimlings. Keimling meint eine junge, unreife Pflanze in einem frühen Entwicklungsstadium. "Plant" in the context of the invention means all genera and Species of higher and lower plants in the plant kingdom. Included under the term are the mature plants, Seeds, sprouts and seedlings, as well as parts derived from them, Propagation material, plant organs, tissue, protoplasts, callus and other cultures, for example cell cultures, as well as all others Types of groupings from plant cells to functional or structural units. Mature plants mean plants to everyone any stage of development beyond the seedling. seedling means a young, immature plant in an early Development.
"Pflanze" umfasst alle einjährigen und mehrjährige, monokotyledonen und dikotyledonen Pflanzen und schließt beispielhaft jedoch nicht einschränkend solche der Gattungen Cucurbita, Rosa, Vitis, Juglans, Fragaria, Lotus, Medicago, Onobrychis, Trifolium, Trigonella, Vigna, Citrus, Linum, Geranium, Manihot, Daucus, Arabidopsis, Brassica, Raphanus, Sinapis, Atropa, Capsicum, Datura, Hyoscyamus, Lycopersicon, Nicotiana, Solarium, Petunia, Digitalis, Majorana, Cichorium, Helianthus, Lactuca, Bromus, Asparagus, Antirrhinum, Heterocallis, Nemesis, Pelargonium, Panieum, Pennisetum, Ranunculus, Senecio, Salpiglossis, Cucumis, Browaalia, Glycine, Pisum, Phaseolus, Lolium, Oryza, Zea, Avena, Hordeum, Secale, Triticum, Sorghum, Picea und Populus ein. "Plant" includes all annual and perennial, monocot and dicot plants and closes exemplary but not restrictive of those of the genera Cucurbita, Rosa, Vitis, Juglans, Fragaria, Lotus, Medicago, Onobrychis, Trifolium, Trigonella, Vigna, Citrus, Linum, Geranium, Manihot, Daucus, Arabidopsis, Brassica, Raphanus, Sinapis, Atropa, Capsicum, Datura, Hyoscyamus, Lycopersicon, Nicotiana, Solarium, Petunia, Digitalis, Majorana, Cichorium, Helianthus, Lactuca, Bromus, Asparagus, Antirrhinum, Heterocallis, Nemesis, Pelargonium, Panieum, Pennisetum, Ranunculus, Senecio, Salpiglossis, Cucumis, Browaalia, Glycine, Pisum, Phaseolus, Lolium, Oryza, Zea, Avena, Hordeum, Secale, Triticum, Sorghum, Picea and Populus on.
Bevorzugt sind Pflanzen nachfolgender Pflanzenfamilien: Amaranthaceae, Asteraceae, Brassicaceae, Caryphyllaceae, Chenopodiaceae, Compositae, Cruciferae, Cucurbitaceae, Labiatae, Leguminosae, Papilionoideae, Liliaceae, Linaceae, Malvaceae, Rosaceae, Rubiaceae, Saxifragaceae, Scrophulariaceae, Solanacea, Sterculiaceae, Tetragoniacea, Theaceae, Umbelliferae. Plants from the following plant families are preferred: Amaranthaceae, Asteraceae, Brassicaceae, Caryphyllaceae, Chenopodiaceae, Compositae, Cruciferae, Cucurbitaceae, Labiatae, Leguminosae, Papilionoideae, Liliaceae, Linaceae, Malvaceae, Rosaceae, Rubiaceae, Saxifragaceae, Scrophulariaceae, Solanacea, Sterculiaceae, Tetragoniacea, Theaceae, Umbelliferae.
Bevorzugte monokotyle Pflanzen sind insbesondere ausgewählt aus den monokotylen Kulturpflanzen, wie zum Beispiel der Familie der Gramineae wie Reis, Mais, Weizen oder andere Getreidearten wie Gerste, Hirse, Roggen, Triticale oder Hafer sowie dem Zuckerrohr sowie alle Arten von Gräsern. Preferred monocot plants are selected in particular from the monocotyledonous crops, such as the Gramineae such as rice, corn, wheat or other cereals such as Barley, millet, rye, triticale or oats and sugar cane as well as all types of grasses.
Die Erfindung wird ganz besonders bevorzugt aus dikotyledone
pflanzliche Organismen angewendet. Bevorzugte dikotyle Pflanzen
sind insbesondere ausgewählt aus den dikotylen Kulturpflanzen,
wie zum Beispiel
- - Asteraceae wie Sonnenblume, Tagetes oder Calendula und andere mehr,
- - Compositae, besonders die Gattung Lactuca, ganz besonders die Art sativa (Salat) und andere mehr,
- - Cruciferae, besonders die Gattung Brassica, ganz besonders die Arten napus (Raps), campestris (Rübe), oleracea (z. B. Kohl, Blumenkohl oder Broccoli und weitere Kohlarten); und der Gattung Arabidopsis, ganz besonders die Art thaliana sowie Kresse oder Canola und andere mehr,
- - Cucurbitaceae wie Melone, Kürbis oder Zucchini und andere mehr,
- - Leguminosae besonders die Gattung Glycine, ganz besonders die Art max (Sojabohne) Soja sowie Alfalfa, Erbse, Bohnengewächsen oder Erdnuss und andere mehr
- - Rubiaceae, bevorzugt der Unterklasse Lamiidae wie beispielsweise Coffea arabica oder Coffea liberica (Kaffeestrauch) und andere mehr,
- - Solanaceae besonders die Gattung Lycopersicon, ganz besonders die Art esculentum (Tomate) und die Gattung Solanum, ganz besonders die Art tuberosum (Kartoffel) und melongena (Aubergine) und die Gattung Capsicum, ganz besonders die Art annum (Pfeffer), sowie Tabak oder Paprika und andere mehr,
- - Sterculiaceae, bevorzugt der Unterklasse Dilleniidae wie beispielsweise Theobroma cacao (Kakaostrauch) und andere mehr,
- - Theaceae, bevorzugt der Unterklasse Dilleniidae wie beispielsweise Camellia sinensis oder Thea sinensis (Teestrauch) und andere mehr,
- - Umbelliferae, besonders die Gattung Daucus (ganz besonders die Art carota (Karotte)) und Apium (ganz besonders die Art graveolens dulce (Selarie)) und andere mehr;
- - Asteraceae such as sunflower, tagetes or calendula and others,
- - Compositae, especially the genus Lactuca, especially the species sativa (lettuce) and others,
- - Cruciferae, especially the genus Brassica, especially the species napus (rape), campestris (turnip), oleracea (e.g. cabbage, cauliflower or broccoli and other types of cabbage); and the genus Arabidopsis, especially the species thaliana as well as cress or canola and others,
- - Cucurbitaceae such as melon, pumpkin or zucchini and others,
- - Leguminosae especially the genus Glycine, especially the type max (soybean) soy, as well as alfalfa, peas, beans or peanuts and others
- Rubiaceae, preferably of the subclass Lamiidae such as Coffea arabica or Coffea liberica (coffee bush) and others,
- - Solanaceae especially the genus Lycopersicon, especially the species esculentum (tomato) and the genus Solanum, especially the species tuberosum (potato) and melongena (eggplant) and the genus Capsicum, especially the species annum (pepper), as well as tobacco or Peppers and others,
- Sterculiaceae, preferably of the subclass Dilleniidae such as Theobroma cacao (cocoa bush) and others,
- Theaceae, preferably of the subclass Dilleniidae, such as, for example, Camellia sinensis or Thea sinensis (tea bush) and others,
- - Umbelliferae, especially the genus Daucus (especially the species carota (carrot)) and Apium (especially the species graveolens dulce (selaria)) and others;
Umfasst sind ferner Schmuckpflanzen, Nutz- oder Zierbäume, Blumen, Schnittblumen, Sträucher oder Rasen. Beispielhaft aber nicht einschränkend seien zu nennen Angiospermen, Bryophyten wie zum Beispiel Hepaticae (Leberblümchen) und Musci (Moose); Pteridophyten wie Farne, Schachtelhalm und Lycopoden; Gymnospermen wie Koniferen, Cycaden, Ginkgo und Gnetalen, die Familien der Rosaceae wie Rose, Ericaceae wie Rhododendrons und Azaleen, Euphorbiaceae wie Weihnachtssterne und Kroton, Caryophyllaceae wie Nelken, Solanaceae wie Petunien, Gesneriaceae wie das Usambaraveilchen, Balsaminaceae wie das Springkraut, Orchidaceae wie Orchideen, Iridaceae wie Gladiolen, Iris, Freesie und Krokus, Compositae wie Ringelblume, Geraniaceae wie Geranien, Liliaceae wie der Drachenbaum, Moraceae wie Ficus, Araceae wie Philodendron und andere mehr. Also includes ornamental plants, useful or ornamental trees, Flowers, cut flowers, shrubs or lawn. Exemplary, however non-restrictive angiosperms, bryophytes such as Hepaticae (liverwort) and Musci (moss); Pteridophytes such as ferns, horsetail and lycopods; Gymnosperms like conifers, cycads, ginkgo and gnetals, the families the rosaceae like rose, ericaceae like rhododendrons and azaleas, Euphorbiaceae such as poinsettias and croton, Caryophyllaceae like cloves, Solanaceae like petunias, Gesneriaceae like that African violets, Balsaminaceae such as balsam, Orchidaceae like orchids, iridaceae like gladiolus, iris, freesia and crocus, Compositae like marigold, Geraniaceae like geranium, Liliaceae like the dragon tree, Moraceae like Ficus, Araceae like Philodendron and others.
Pflanzliche Organismen im Sinne der Erfindung sind weiterhin weitere photosynthetisch aktive befähigte Organismen, wie zum Beispiel Algen, Cyanobakterien sowie Moose. Bevorzugte Algen sind Grünalgen, wie beispielsweise Algen der Gattung Haematococcus, Phaedactylum tricornatum, Volvox oder Dunaliella. Insbesondere bevorzugt ist Synechocystis. Plant organisms in the sense of the invention are still other photosynthetically active competent organisms, such as Example algae, cyanobacteria and mosses. Preferred algae are Green algae, such as algae of the genus Haematococcus, Phaedactylum tricornatum, Volvox or Dunaliella. In particular Synechocystis is preferred.
Am meisten bevorzugt sind pflanzliche Organismen, die zur Vitamin E-Produktion geeignet sind, wie beispielsweise Raps, Sonnenblume, Sesam, Färberdistel, Ölbaum, Soja, Mais, Weizen oder verschiedene Nussarten wie beispielsweise Walnuss oder Mandel. Most preferred are plant organisms that contribute to the vitamin E-production are suitable, such as rapeseed, sunflower, Sesame, safflower, olive tree, soybean, corn, wheat or various Types of nuts such as walnut or almond.
"Vitamin E-Gehalt" meint die Summe der Tocopherole und Tocotrienole in einem pflanzlichen Organismus oder einem Gewebe, Organ, Teil oder Zelle desselben. Dabei umfassen Tocopherole und Tocotrienole bevorzugt die oben beschriebenen 8 Verbindungen α-Tocopherol, β-Tocopherol, γ-Tocopherol, δ-Tocopherol, α-Tocotrienol, β-Tocotrieno, γ-Tocotrienol und δ-Tocotrienol. Besonders bevorzugt ist der Vitamin E-Gehalt im Samen eines pflanzlichen Organismus erhöht. "Vitamin E content" means the sum of tocopherols and Tocotrienols in a plant organism or tissue, Organ, part or cell of the same. These include tocopherols and tocotrienols prefer the 8 compounds described above α-tocopherol, β-tocopherol, γ-tocopherol, δ-tocopherol, α-tocotrienol, β-tocotrieno, γ-tocotrienol and δ-tocotrienol. Especially the vitamin E content in the seed of a vegetable is preferred Organism increased.
"Erhöhung" des Vitamin E-Gehaltes meint die Steigerung des Gehaltes an Vitamin E in einem pflanzlichen Organismus oder einem Teil, Gewebe oder Organ derselben, bevorzugt in den Samenorganen desselben. Dabei ist der Vitamin E-Gehalt im Vergleich zu einer nicht dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfenen, aber ansonsten unveränderten Ausgangspflanze unter ansonsten gleichen Rahmenbedingungen um mindestens 5%, bevorzugt mindestens 10%, besonders bevorzugt mindestens 15%, ganz besonders bevorzugt mindestens 20%, am meisten bevorzugt mindestens 25% erhöht. Rahmenbedingungen meint dabei alle für die Keimung, Kultivierung oder Wachstum der Pflanze relevanten Bedingungen wir Boden-, Klima- oder Lichtverhältnisse, Düngung, Bewässerung, Pflanzenschutzmaßnahmen usw. "Increasing" the vitamin E content means increasing the Vitamin E content in a plant organism or a part, tissue or organ thereof, preferably in the Organs of the same. The vitamin E content is compared to a not subject to the inventive method, but otherwise unchanged starting plant under otherwise the same Framework conditions by at least 5%, preferably at least 10%, particularly preferably at least 15%, very particularly preferably at least 20%, most preferably at least 25% increased. Framework conditions mean everyone for germination, cultivation or growth of the plant relevant conditions we soil, Climate or light conditions, fertilization, irrigation, Plant protection measures etc.
Funktionelle Äquivalente meint insbesondere natürliche oder künstliche Mutationen des Tocen-1 Proteins gemäß SEQ ID NO: 2 sowie homologe Polypeptide aus anderen Organismen, bevorzugt aus pflanzlichen Organismen, die die gleichen wesentlichen Eigenschaften aufweisen. Functional equivalents mean in particular natural or artificial mutations of the Tocen-1 protein according to SEQ ID NO: 2 as well as homologous polypeptides from other organisms, preferably from herbal organisms that are the same essential Have properties.
"Wesentliche Eigenschaften" des Tocen-1 Proteins beschrieben
durch SEQ ID NO: 2 meint insbesondere die Eigenschaft, bei
transgener Expression in einem pflanzlichen Organismus den Vitamin E
Gehalt im Vergleich zu einem identischen aber nicht transgenen
pflanzlichen Organismus entsprechend oben gegebener Definition zu
erhöhen. In einer bevorzugten Ausführungsform gelten als
wesentliche Eigenschaften ferner mindestens eine Eigenschaft ausgewählt
aus nachfolgender Gruppe:
- a) ein Molekulargewicht in einem Bereich von ungefähr 10 bis ungefähr 25 kDa, bevorzugt ungefähr 15 bis ungefähr 20 kDa, besonders bevorzugt ungefähr 17 kDa
- b) einen theoretischen isoelektrischen Punkt in einem Bereich von ungefähr 8 bis ungefähr 9,5, bevorzugt ungefähr 8,4 bis ungefähr 9,1, besonders bevorzugt ungefähr pH 8,7
- c) einen sauren Charakter bevorzugt mit einer Gesamtnettoladung bei neutralem pH in einem Bereich von ungefähr 2 bis ungefähr 3, bevorzugt ungefähr 2,2 bis ungefähr 2,8, besonders bevorzugt ungefähr 2,6,
- d) eine helikale Sekundärstruktur gemäß computergestützter Vorhersage beispielsweise mit dem Programm zur Sekundärstrukturvorhersagen in GenomMax v.3.1 (InforMax, Inc.) basierend auf den Arbeiten von Qian (Qian N and Sejnowski T (1988) J Mol Biol 202: 865-884) und Sasgawa (Sasgawa F and Tajima K (1993) Cablos 9: 147-152).
- a) a molecular weight in a range from approximately 10 to approximately 25 kDa, preferably approximately 15 to approximately 20 kDa, particularly preferably approximately 17 kDa
- b) a theoretical isoelectric point in a range from approximately 8 to approximately 9.5, preferably approximately 8.4 to approximately 9.1, particularly preferably approximately pH 8.7
- c) an acidic character, preferably with a total net charge at neutral pH in a range from approximately 2 to approximately 3, preferably approximately 2.2 to approximately 2.8, particularly preferably approximately 2.6,
- d) a helical secondary structure according to computer-aided prediction, for example with the program for secondary structure prediction in GenomMax v.3.1 (InforMax, Inc.) based on the work of Qian (Qian N and Sejnowski T (1988) J Mol Biol 202: 865-884) and Sasgawa (Sasgawa F and Tajima K (1993) Cablos 9: 147-152).
Funktionelle Äquivalente aus anderen Organismen, beispielsweise aus pflanzlichen Organismen deren genomische Sequenz ganz oder teilweise bekannt ist, wie beispielsweise aus Arabidopsis thaliana, Brassica napus, Nicotiana tabacum oder Solanum tuberosum - können z. B. durch Datenbanksuche in Sequenzdatenbanken wie GenBank oder Durchmustern von Gen- oder cDNA-Banken - z. B. unter Verwendung der Sequenz gemäß SEQ ID NO: 1 oder eines teils derselben als Suchsequenz bzw. Sonde - aufgefunden werden. Mutationen umfassen Substitutionen, Additionen, Deletionen, Inversion oder Insertionen eines oder mehrerer Aminosäurereste. Functional equivalents from other organisms, for example, their genomic sequence from plant organisms is known in whole or in part, such as from Arabidopsis thaliana, Brassica napus, Nicotiana tabacum or Solanum tuberosum - can e.g. B. by database search in Sequence databases such as GenBank or screening of gene or cDNA banks - z. B. using the sequence of SEQ ID NO: 1 or one some of them as a search sequence or probe - can be found. Mutations include substitutions, additions, deletions, Inversion or insertions of one or more amino acid residues.
Bevorzugt haben besagte funktionelle Äquivalente eine Homologie von mindestens 50%, besonders bevorzugt mindestens 65%, besonders bevorzugt mindestens 80%, am meisten bevorzugt mindestens 90% zu dem Protein mit der SEQ ID NO: 2. Dabei erstreckt sich die Homologie über mindestens 30 Aminosäuren, bevorzugt mindestens 60 Aminosäuren besonders bevorzugt mindestens 90 Aminosäuren, am meisten bevorzugt über die gesamt Länge des Tocen-1 Polypeptides gemäß SEQ ID NO: 2. Said functional equivalents preferably have homology of at least 50%, particularly preferably at least 65%, particularly preferred at least 80%, most preferred at least 90% of the protein with SEQ ID NO: 2 homology over at least 30 amino acids is preferred at least 60 amino acids, particularly preferably at least 90 Amino acids, most preferred over the entire length of the Tocen-1 Polypeptides according to SEQ ID NO: 2.
Unter Homologie zwischen zwei Polypeptiden wird die Identität
der Aminosäuresequenz über die jeweilige Sequenzlänge
verstanden, die durch Vergleich mit Hilfe des Programmalgorithmus
GAP (Wisconsin Package Version 10.0, University of Wisconsin,
Genetics Computer Group (GCG), Madison, USA) unter Einstellung
folgender Parameter berechnet wird:
Gap Weight: 8, Length Weight: 2
Average Match: 2,912, Average Mismatch: -2,003
Homology between two polypeptides means the identity of the amino acid sequence over the respective sequence length, which is calculated by comparison using the program algorithm GAP (Wisconsin Package Version 10.0, University of Wisconsin, Genetics Computer Group (GCG), Madison, USA) with the following parameters becomes:
Gap Weight: 8, Length Weight: 2
Average Match: 2,912, Average Mismatch: -2,003
Beispielhaft wird unter einer Sequenz, die eine Homologie von mindestens 80% auf Proteinbasis mit der Sequenz SEQ ID NO: 2 aufweist, eine Sequenz verstanden, die bei einem Vergleich mit der Sequenz SEQ ID NO: 2 nach obigem Programmalgorithmus mit obigem Parametersatz eine Homologie von mindestens 80% aufweist. An example is a sequence that has a homology of at least 80% protein based with the sequence SEQ ID NO: 2 has understood a sequence that when compared with the sequence SEQ ID NO: 2 according to the above program algorithm The above parameter set has a homology of at least 80%.
Funktionelle Äquivalente umfasst auch solche Proteine, die durch Nukleinsäuresequenzen kodiert werden, die eine Homologie von mindestens 50%, besonders bevorzugt mindestens 65%, besonders bevorzugt mindestens 80%, am meisten bevorzugt mindestens 90% zu der Nukleinsäuresequenz mit der SEQ ID NO: 1 haben. Dabei erstreckt sich die Homologie über mindestens 100 Basen, bevorzugt mindestens 200 Basen besonders bevorzugt mindestens 300 Basen, am meisten bevorzugt über die gesamt Länge der Sequenz gemäß SEQ ID NO: 1. Functional equivalents also include those proteins that encoded by nucleic acid sequences that have homology of at least 50%, particularly preferably at least 65%, particularly preferred at least 80%, most preferred at least 90% of the nucleic acid sequence with SEQ ID NO: 1 to have. The homology extends over at least 100 bases, preferably at least 200 bases particularly preferred at least 300 bases, most preferred over the total Length of the sequence according to SEQ ID NO: 1.
Unter Homologie zwischen zwei Nukleinsäuresequenzen wird die
Identität der beiden Nukleinsäuresequezen über die jeweilige
Sequenzlänge verstanden, die durch Vergleich mit Hilfe des
Programmalgorithmus GAP (Wisconsin Package Version 10.0,
University of Wisconsin, Genetics Computer Group (GCG), Madison,
USA; Altschul et al. (1997) Nucleic Acids Res. 25: 3389ff) unter
Einstellung folgender Parameter berechnet wird:
Gap Weight: 50 Length Weight: 3
Average Match: 10 Average Mismatch: 0
Homology between two nucleic acid sequences is understood to mean the identity of the two nucleic acid sequences over the respective sequence length, which by comparison using the program algorithm GAP (Wisconsin Package Version 10.0, University of Wisconsin, Genetics Computer Group (GCG), Madison, USA; Altschul et al. (1997) Nucleic Acids Res. 25: 3389ff) using the following parameters:
Gap Weight: 50 Length Weight: 3
Average Match: 10 Average Mismatch: 0
Beispielhaft wird unter einer Sequenz, die eine Homologie von mindestens 80% auf Nukleinsäurebasis mit der Sequenz SEQ ID NO: 1 aufweist, eine Sequenz verstanden, die bei einem Vergleich mit der Sequenz SEQ ID NO: 1 nach obigem Programmalgorithmus mit obigem Parametersatz eine Homologie von mindestens 80% aufweist. An example is a sequence that has a homology of at least 80% nucleic acid based on the sequence SEQ ID NO: 1, understood a sequence that occurs in a Comparison with the sequence SEQ ID NO: 1 according to the above Program algorithm with the above parameter set a homology of has at least 80%.
Funktionelle Äquivalente umfasst auch solche Proteine, die durch Nukleinsäuresequenzen kodiert werden, die unter Standardbedingungen mit einer der durch SEQ ID NO: 1 beschriebenen Nukleinsäuresequenz, der zu dieser komplementären Nukleinsäuresequenz oder Teilen der vorgenannten hybridisieren und die wesentlichen Eigenschaften des Proteins beschrieben durch SEQ ID NO: 2 aufweisen. Functional equivalents also include those proteins that can be encoded by nucleic acid sequences which under Standard conditions with one of those described by SEQ ID NO: 1 Nucleic acid sequence that is complementary to this Hybridize nucleic acid sequence or parts of the aforementioned and the essential properties of the protein described by SEQ ID NO: 2.
"Standardhybridisierungsbedingungen" ist breit zu verstehen und meint stringente als auch weniger stringente Hybridisierungsbedingungen. Solche Hybridisierungsbedingungen sind unter anderem bei Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T et al., in Molecular Cloning (A Laboratory Manual), 2. Auflage, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989, Seiten 9.31-9.57) oder in Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, N.Y. (1989), 6.3.1-6.3.6. beschrieben. "Standard hybridization conditions" is to be understood broadly and means stringent as well as less stringent Hybridization conditions. Such hybridization conditions are among others at Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T et al., in Molecular Cloning (A Laboratory Manual), 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989, pages 9.31-9.57) or in Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, N.Y. (1989) 6.3.1-6.3.6. described.
Beispielhaft können die Bedingungen während des Waschschrittes ausgewählt sein aus dem Bereich von Bedingungen begrenzt von solchen mit geringer Stringenz (mit ungefähr 2X SSC bei 50°C) und solchen mit hoher Stringenz (mit ungefähr 0,2X SSC bei 50°C bevorzugt bei 65°C) (20X SSC: 0,3 M Natriumcitrat, 3 M NaCl, pH 7,0). Darüberhinaus kann die Temperatur während des Waschschrittes von niedrig stringenten Bedingungen bei Raumtemperatur, ungefähr 22°C, bis zu stärker stringenten Bedingungen bei ungefähr 65°C angehoben werden. Beide Parameter, Salzkonzentration und Temperatur, können gleichzeitig variiert werden, auch kann einer der beiden Parameter konstant gehalten und nur der andere variiert werden. For example, the conditions during the washing step be selected from the range of conditions limited by low stringency (approximately 2X SSC at 50 ° C) and those with high stringency (with approximately 0.2X SSC at 50 ° C preferably at 65 ° C) (20X SSC: 0.3 M sodium citrate, 3 M NaCl, pH 7.0). In addition, the temperature during the washing step of low stringent conditions at room temperature, around 22 ° C, raised to more stringent conditions at around 65 ° C become. Both parameters, salt concentration and temperature, can can be varied simultaneously, also one of the two Parameters kept constant and only the other can be varied.
Während der Hybridisierung können auch denaturierende Agenzien
wie zum Beispiel Formamid oder SDS eingesetzt werden. In
Gegenwart von 50% Formamid wird die Hybridisierung bevorzugt bei 42°C
ausgeführt. Einige beispielhafte Bedingungen für Hybridisierung
und Waschschritt sind infolge gegeben:
- 1. Hybridisierungbedingungen zum Beispiel aus nachfolgenden
Bedingungen ausgewählt sein:
- a) 4X SSC bei 65°C,
- b) 6X SSC bei 45°C,
- c) 6X SSC, 100 µg/ml denaturierter, fragmentierte Fischsperma-DNA bei 68°C,
- d) 50% Formamid, 4X SSC bei 42°C,
- e) 2X oder 4X SSC bei 50°C (schwach stringente Bedingung),
- f) 30 bis 40% Formamid, 2X oder 4X SSC bei 42°C (schwach stringente Bedingung).
- 2. Waschschritte können zum Beispiel aus nachfolgenden
Bedingungen ausgewählt sein:
- a) 0,015 M NaCl/0,0015 M Natriumcitrat/0,1% SDS bei 50°C.
- b) 0,1X SSC bei 65°C.
- c) 0,1X SSC, 0,5% SDS bei 68°C.
- d) 0,1X SSC, 0,5% SDS, 50% Formamid bei 42°C.
- e) 0,2X SSC, 0,1% SDS bei 42°C.
- f) 2X SSC bei 65°C (schwach stringente Bedingung).
- 1. Hybridization conditions can be selected, for example, from the following conditions:
- a) 4X SSC at 65 ° C,
- b) 6X SSC at 45 ° C,
- c) 6X SSC, 100 µg / ml denatured, fragmented fish sperm DNA at 68 ° C,
- d) 50% formamide, 4X SSC at 42 ° C,
- e) 2X or 4X SSC at 50 ° C (weakly stringent condition),
- f) 30 to 40% formamide, 2X or 4X SSC at 42 ° C (weakly stringent condition).
- 2. Washing steps can be selected, for example, from the following conditions:
- a) 0.015 M NaCl / 0.0015 M sodium citrate / 0.1% SDS at 50 ° C.
- b) 0.1X SSC at 65 ° C.
- c) 0.1X SSC, 0.5% SDS at 68 ° C.
- d) 0.1X SSC, 0.5% SDS, 50% formamide at 42 ° C.
- e) 0.2X SSC, 0.1% SDS at 42 ° C.
- f) 2X SSC at 65 ° C (weakly stringent condition).
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft transgene Expressionskonstrukte, die eine transgene Expression des Proteins kodiert durch SEQ ID NO: 2 oder eines funktionellen Äquivalentes desselben oder eines funktionell äquivalenten Teils der vorgenannten in einem pflanzlichen Organismus oder einem Gewebe, Organ, Teil oder Zelle des besagten pflanzlichen Organismus gewährleisten können. Another object of the invention relates to transgenic Expression constructs that show transgenic expression of the protein encoded by SEQ ID NO: 2 or a functional equivalent the same or a functionally equivalent part of the aforementioned in a plant organism or a tissue, Organ, part or cell of said plant organism can guarantee.
In besagten transgenen Expressionskonstrukten steht ein Nukleinsäuremolekül kodierend für ein Protein beschrieben durch SEQ ID NO: 2 oder eines funktionellen Äquivalentes desselben oder eines funktionell äquivalenten Teils der vorgenannten bevorzugt in funktioneller Verknüpfung mit mindestens einem genetischen Kontrollelement (beispielsweise einem Promotor), das eine transgene Expression in einem pflanzlichen Organismus oder einem Gewebe, Organ, Teil oder Zelle desselben gewährleistet. In said transgenic expression constructs is a Nucleic acid molecule coding for a protein described by SEQ ID NO: 2 or a functional equivalent thereof or a functionally equivalent part of the aforementioned preferably in functional combination with at least one genetic control element (e.g. a promoter) that a transgenic expression in a plant organism or a tissue, organ, part or cell of the same.
Unter einer funktionellen Verknüpfung versteht man zum Beispiel die sequentielle Anordnung eines Promotors mit der zu exprimierenden Nukleinsäuresequenz (zum Beispiel der Sequenz gemäß SEQ ID NO: 1) und ggf. weiterer regulativer Elemente wie zum Beispiel einem Terminator derart, dass jedes der regulativen Elemente seine Funktion bei der transgenen Expression der Nukleinsäuresequenz erfüllen kann. Dazu ist nicht unbedingt eine direkte Verknüpfung im chemischen Sinne erforderlich. Genetische Kontrollsequenzen, wie zum Beispiel Enhancer-Sequenzen, können ihre Funktion auch von weiter entfernten Positionen oder gar von anderen DNA-Molekülen aus auf die Zielsequenz ausüben. Bevorzugt sind Anordnungen, in denen die transgen zu exprimierende Nukleinsäuresequenz hinter der als Promoter fungierenden Sequenz positioniert wird, so dass beide Sequenzen kovalent miteinander verbunden sind. Bevorzugt ist dabei der Abstand zwischen der Promotorsequenz und der transgen zu exprimierende Nukleinsäuresequenz geringer als 200 Basenpaare, besonders bevorzugt kleiner als 100 Basenpaare, ganz besonders bevorzugt kleiner als 50 Basenpaare. A functional link is understood to mean Example the sequential arrangement of a promoter with the nucleic acid sequence to be expressed (for example the sequence according to SEQ ID NO: 1) and possibly other regulatory elements such as a terminator such that each of the regulative elements its function in transgenic expression of the Nucleic acid sequence can meet. This is not necessarily one direct linkage in the chemical sense is required. genetic Control sequences, such as enhancer sequences, can their function also from more distant positions or even from other DNA molecules on the target sequence. Arrangements are preferred in which the transgene is to be expressed Nucleic acid sequence behind the sequence that acts as a promoter is positioned so that both sequences covalently with each other are connected. The distance between the Promoter sequence and the transgene to be expressed Nucleic acid sequence less than 200 base pairs, particularly preferred smaller than 100 base pairs, very particularly preferably smaller than 50 base pairs.
Die Herstellung einer funktionellen Verknüpfung als auch die Herstellung eines transgenen Expressionskonstruktes kann mittels gängiger Rekombinations- und Klonierungstechniken realisiert werden, wie sie beispielsweise in Maniatis T, Fritsch EF und Sambrook J (1989) Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor (NY), in Silhavy TJ, Berman ML und Enquist LW (1984) Experiments with Gene Fusions, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor (NY), in Ausubel FM et al. (1987) Current Protocols in Molecular Biology, Greene Publishing Assoc. and Wiley Interscience und bei Gelvin et al. (1990) In: Plant Molecular Biology Manual beschrieben sind. Zwischen beide Sequenzen können aber auch weitere Sequenzen positioniert werden, die zum Beispiel die Funktion eines Linkers mit bestimmten Restriktionsenzymschnittstellen oder eines Signalpeptides haben. Auch kann die Insertion von Sequenzen zur Expression von Fusionsproteinen führen. Bevorzugt kann das transgene Expressionskonstrukt, bestehend aus einer Verknüpfung von Promoter und zu exprimierender Nukleinsäuresequenz, integriert in einem Vektor vorliegen und durch zum Beispiel Transformation in ein pflanzliches Genom insertiert werden. Establishing a functional link as well Production of a transgenic expression construct can be carried out using common recombination and cloning techniques realized as in Maniatis T, Fritsch EF and Sambrook J (1989) Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor (NY), in Silhavy TJ, Berman ML and Enquist LW (1984) Experiments with Gene Fusions, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor (NY), in Ausubel FM et al. (1987) Current Protocols in Molecular Biology, Greene Publishing Assoc. and Wiley Interscience and at Gelvin et al. (1990) In: Plant Molecular Biology Manual are. However, further sequences can also be between the two sequences positioned, for example, the function of a linker with certain restriction enzyme interfaces or one Have signal peptides. The insertion of sequences for Expression of fusion proteins result. This can preferably transgenic expression construct, consisting of a linkage of Promoter and nucleic acid sequence to be expressed, integrated exist in a vector and through, for example, transformation can be inserted into a plant genome.
Unter einem transgenen Expressionskonstrukt sind aber auch solche Konstruktionen zu verstehen, bei denen die Nukleinsäuresequenz kodierend für das Proteins kodiert durch SEQ ID NO: 2 oder ein funktionelles Äquivalent desselben oder ein funktionell äquivalentes Teil der vorgenannten - zum Beispiel durch eine homologe Rekombination - so hinter einen endogenen pflanzlichen Promotor platziert wird, dass dieser die transgene Expression der besagten Nukleinsäuresequenz gewährleistet. However, there are also those under a transgenic expression construct Understand constructions in which the nucleic acid sequence coding for the protein encoded by SEQ ID NO: 2 or one functional equivalent of the same or a functional equivalent part of the above - for example, by a homologous Recombination - so behind an endogenous plant promoter is placed that the transgenic expression of said Ensured nucleic acid sequence.
Pflanzenspezifische Promotoren meint grundsätzlich jeden Promotor, der die Expression von Genen, insbesondere Fremdgenen, in Pflanzen oder Pflanzenteilen, -zellen, -geweben, -kulturen steuern kann. Dabei kann die Expression beispielsweise konstitutiv, induzierbar oder entwicklungsabhängig sein. Plant-specific promoters basically mean everyone Promoter that expresses genes, in particular Foreign genes, in plants or plant parts, cells, tissues, - can control cultures. The expression for example, constitutive, inducible or developmental.
Bevorzugt sind:
- a) Konstitutive Promotoren
"Konstitutive" Promotoren meint solche Promotoren, die eine Expression in zahlreichen, bevorzugt allen, Geweben über einen größeren Zeitraum der Pflanzenentwicklung, bevorzugt zu allen Zeitpunkten der Pflanzenentwicklung, gewährleisten (Benfey et al. (1989) EMBO J 8: 2195-2202). Vorzugsweise verwendet man insbesondere einen pflanzlichen Promotor oder einen Promotor, der einem Pflanzenvirus entstammt. Insbesondere bevorzugt ist der Promotor des 35S-Transkriptes des CaMV Blumenkohlmosaikvirus (Franck et al. (1980) Cell 21: 285-294; Odell et al. (1985) Nature 313: 810-812; Shewmaker et al. (1985) Virology 140: 281-288; Gardner et al. (1986) Plant Mol Biol 6: 221-228) oder der 19S CaMV Promotor (US 5,352,605; WO 84/02913; Benfey et al. (1989) EMBO J 8: 2195-2202). Ein weiterer geeigneter konstitutiver Promotor ist der "Rubisco small subunit (SSU)"-Promotor (US 4,962,028), der LeguminB-Promotor (GenBank Acc.-Nr. X03677), der Promotor der Nopalinsynthase aus Agrobacterium, der TR-Doppelpromotor, der OCS (Octopin Synthase) Promotor aus Agrobacterium, der Ubiquitin Promotor (Holtorf S et al. (1995) Plant Mol Biol 29: 637-649), den Ubiquitin 1 Promotor (Christensen et al. (1992) Plant Mol Biol 18: 675-689; Bruce et al. (1989) Proc Natl Acad Sci USA 86: 9692-9696), den Smas Promotor, den Cinnamylalkoholdehydrogenase-Promotor (US 5,683,439), die Promotoren der vakuolärer ATPase Untereinheiten oder der Promotor eines prolinreichen Proteins aus Weizen (WO 91/13991), sowie weitere Promotoren von Genen, deren konstitutive Expression in Pflanzen dem Fachmann bekannt ist. - b) Gewebespezifische Promotoren
Bevorzugt sind ferner Promotoren mit Spezifitäten für die Antheren, Ovarien, Blüten, Blätter, Stengel, Wurzeln und Samen.
Samenspezifische Promotoren wie zum Beispiel der Promotor des Phaseolins (US 5,504,200; Bustos MM et al. (1989) Plant Cell 1(9): 839-53), des 25 Albumingens (Joseffson LG et al. (1987) J Biol Chem 262: 12196-12201), des Legumins (Shirsat et al. (1989) Mol Gen Genet 215(2): 326-331), des USP (unknown seed protein; Baumlein H et al. (1991) Mol Gen Genet 225(3): 459-67), des Napin Gens (US 5,608,152; Stalberg K et al. (1996) L Planta 199: 515-519), des Saccharosebindeproteins (WO 00/26388) oder der Legumin B4-Promotor (LeB4; Baumlein H et al. (1991) Mol Gen Genet 225: 121-128; Baumlein H et al. (1992) Plant J 2(2): 233-9; Fiedler U et al. (1995) Biotechnology (NY) 13(10): 1090f), der Oleosin-Promoter aus Arabidopsis (WO 98/45461), der Bce4-Promoter aus Brassica (WO 91/13980). Weitere geeignete samenspezifische Promotoren sind die der Gene kodierend für das "High Molecular Weight Glutenin" (HMWG), Gliadin, Verzweigungsenzym, ADP Glucose Pyrophosphatase (AGPase) oder die Stärkesynthase. Bevorzugt sind ferner Promotoren, die eine samenspezifische Expression in Monokotyledonen wie Mais, Gerste, Weizen, Roggen, Reis etc. erlauben. Vorteilhaft eingesetzt werden können der Promoter des lpt2 oder lpt1-Gen (WO 95/15389, WO 95/23230) oder die Promotoren beschrieben in WO 99/16890 (Promotoren des Hordein-Gens, des Glutelin-Gens, des Oryzin-Gens, des Prolamin-Gens, des Gliadin-Gens, des Glutelin-Gens, des Zein- Gens, des Kasirin-Gens oder des Secalin-Gens). Weitere samenspezifische Promotoren sind beschrieben in WO 89/03887.
Knollen-, Speicherwurzel- oder Wurzel-spezifische Promotoren wie beispielsweise der Patatin Promotor Klasse I (B33), der Promotor des Cathepsin D Inhibitors aus Kartoffel.
Blattspezifische Promotoren wie Promotor der cytosolischen FBPase aus Kartoffel (WO 97/05900), der SSU Promotor (small subunit) der Rubisco (Ribulose-1,5-bisphosphatcarboxylase) oder der ST-LSI Promotor aus Kartoffel (Stockhaus et al. (1989) EMBO J 8: 2445-2451).
Blütenspezifische Promotoren wie beispielsweise der Phytoen Synthase Promotor (WO 92/16635) oder der Promotor des P-rr Gens (WO 98/22593).
Antheren-spezifische Promotoren wie den 5126-Promotor (US 5,689,049, US 5,689,051), den glob-1 Promotor und den γ-Zein Promotor. - c) Chemisch induzierbare Promotoren
Die transgenen Expressionskonstrukte können auch einen chemisch induzierbaren Promotor enthalten (Übersichtsartikel: Gatz et al. (1997) Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol 48: 89-108), durch den die Expression des exogenen Gens in der Pflanze zu einem bestimmten Zeitpunkt gesteuert werden kann. Derartige Promotoren, wie z. B. der PRP1 Promotor (Ward et al. (1993) Plant Mol Biol 22: 361-366), durch Salicylsäure induzierbarer Promotor (WO 95/19443), ein durch Benzolsulfonamid-induzierbarer Promotor (EP 0 388 186), ein durch Tetrazyklin-induzierbarer Promotor (Gatz et al. (1992) Plant J 2: 397-404), ein durch Abscisinsäure induzierbarer Promotor (EP 0 335 528) bzw. ein durch Ethanol- oder Cyclohexanoninduzierbarer Promotor (WO 93/21334) können ebenfalls verwendet werden. - d) Stress- oder Pathogen-induzierbare Promotoren
Ferner sind Promotoren bevorzugt, die durch biotischen oder ablotischen Stress induziert werden wie beispielsweise der pathogen-induzierbare Promotor des PRP1-Gens (Ward et al. (1993) Plant Mol Biol 22: 361-366), der hitzeinduzierbare hsp70- oder hsp80-Promoter aus Tomate (US 5,187,267), der kälteinduzierare alpha-Amylase Promoter aus der Kartoffel (WO 96/12814), der licht-induzierbare PPDK Promotor oder der verwundungsinduzierte pinII-Promoter (EP 375091).
Pathogen-induzierbare Promotoren umfassen die von Genen, die infolge eines Pathogenbefalls induziert werden wie beispielweise Gene von PR-Proteinen, SAR-Proteinen, β-1,3-Glucanase, Chitinase usw. (beispielsweise Redolfi et al. (1983) Neth J Plant Pathol 89: 245-254; Uknes, et al. (1992) The Plant Cell 4: 645-656; Van Loon (1985) Plant Mol Viral 4: 111-116; Marineau et al. (1987) Plant Mol Biol 9: 335-342; Matton et al. (1987) Molecular Plant-Microbe Interactions 2: 325-342; Somssich et al. (1986) Proc Natl Acad Sci USA 83: 2427-2430; Somssich et al. (1988) Mol Gen Genetics 2: 93-98; Chen et al. (1996) Plant J 10: 955-966; Zhang and Sing (1994) Proc Natl Acad Sci USA 91: 2507-2511; Warner, et al. (1993) Plant J 3: 191-201; Siebertz et al. (1989) Plant Cell 1: 961-968(1989).
Umfasst sind auch verwundungs-induzierbare Promotoren wie der des pinII Gens (Ryan (1990) Ann Rev Phytopath 28: 425-449; Duan et al. (1996) Nat Biotech 14: 494-498), des wun1 und wun2-Gens (US 5,428,148), des win1- und win2-Gens (Stanford et al. (1989) Mol Gen Genet 215: 200-208), des Systemin (McGurl et al. (1992) Science 225: 1570-1573), des WIP1-Gens (Rohmeier et al. (1993) Plant Mol Biol 22: 783-792; Eckelkamp et al. (1993) FEBS Letters 323: 73-76), des MPI-Gens (Corderok et al. (1994) The Plant J 6(2): 141-150) und dergleichen. - e) Entwicklungsabhängige Promotoren
Weitere geeignete Promotoren sind beispielsweise fruchtreifung-spezifische Promotoren, wie beispielsweise der fruchtreifung-spezifische Promotor aus Tomate (WO 94/21794, EP 409 625). Entwicklungsabhängige Promotoren schließt zum Teil die Gewebespezifischen Promotoren ein, da die Ausbildung einzelner Gewebe naturgemäß entwicklungsabhängig erfolgt.
- a) Constitutive promoters
“Constitutive” promoters mean those promoters which ensure expression in numerous, preferably all, tissues over a relatively long period of plant development, preferably at all times during plant development (Benfey et al. (1989) EMBO J 8: 2195-2202). In particular, a plant promoter or a plant virus-derived promoter is preferably used. Particularly preferred is the promoter of the 35S transcript of the CaMV cauliflower mosaic virus (Franck et al. (1980) Cell 21: 285-294; Odell et al. (1985) Nature 313: 810-812; Shewmaker et al. (1985) Virology 140 : 281-288; Gardner et al. (1986) Plant Mol Biol 6: 221-228) or the 19S CaMV promoter (US 5,352,605; WO 84/02913; Benfey et al. (1989) EMBO J 8: 2195-2202) , Another suitable constitutive promoter is the "Rubisco small subunit (SSU)" promoter (US 4,962,028), the LeguminB promoter (GenBank Acc. No. X03677), the promoter of nopaline synthase from Agrobacterium, the TR double promoter, the OCS (Octopin Synthase) promoter from Agrobacterium, the ubiquitin promoter (Holtorf S et al. (1995) Plant Mol Biol 29: 637-649), the Ubiquitin 1 promoter (Christensen et al. (1992) Plant Mol Biol 18: 675-689 ; Bruce et al. (1989) Proc Natl Acad Sci USA 86: 9692-9696), the Smas promoter, the cinnamyl alcohol dehydrogenase promoter (US 5,683,439), the promoters of the vacuolar ATPase subunits or the promoter of a proline-rich protein from wheat (WO 91 / 13991), as well as further promoters of genes whose constitutive expression in plants is known to the person skilled in the art. - b) Tissue-specific promoters
Also preferred are promoters with specificities for the anthers, ovaries, flowers, leaves, stems, roots and seeds.
Seed-specific promoters such as, for example, the promoter of phaseoline (US 5,504,200; Bustos MM et al. (1989) Plant Cell 1 (9): 839-53), of 25 albuming gene (Joseffson LG et al. (1987) J Biol Chem 262: 12196-12201), legumin (Shirsat et al. (1989) Mol Gen Genet 215 (2): 326-331), USP (unknown seed protein; Baumlein H et al. (1991) Mol Gen Genet 225 (3) : 459-67), the Napin gene (US 5,608,152; Stalberg K et al. (1996) L Planta 199: 515-519), the sucrose binding protein (WO 00/26388) or the legumin B4 promoter (LeB4; Baumlein H et al. (1991) Mol Gen Genet 225: 121-128; Baumlein H et al. (1992) Plant J 2 (2): 233-9; Fiedler U et al. (1995) Biotechnology (NY) 13 (10): 1090f), the oleosin promoter from Arabidopsis (WO 98/45461), the Bce4 promoter from Brassica (WO 91/13980). Further suitable seed-specific promoters are those of the genes coding for "high molecular weight glutenin" (HMWG), gliadin, branching enzyme, ADP glucose pyrophosphatase (AGPase) or starch synthase. Also preferred are promoters that allow seed-specific expression in monocots such as corn, barley, wheat, rye, rice etc. The promoter of the lpt2 or lpt1 gene (WO 95/15389, WO 95/23230) or the promoters described in WO 99/16890 (promoters of the hordein gene, the glutelin gene, the oryzine gene, etc.) can be used advantageously Prolamin gene, the gliadin gene, the glutelin gene, the zein gene, the kasirin gene or the secalin gene). Further seed-specific promoters are described in WO 89/03887.
Tuber-, storage root- or root-specific promoters such as the patatin promoter class I (B33), the promoter of the cathepsin D inhibitor from potato.
Leaf-specific promoters such as a promoter of the cytosolic FBPase from potatoes (WO 97/05900), the SSU promoter (small subunit), the Rubisco (ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase) or the ST-LSI promoter from potatoes (Stockhaus et al. (1989) EMBO J 8: 2445-2451).
Flower-specific promoters such as the phytoene synthase promoter (WO 92/16635) or the promoter of the P-rr gene (WO 98/22593).
Anther-specific promoters such as the 5126 promoter (US 5,689,049, US 5,689,051), the glob-1 promoter and the γ-zein promoter. - c) Chemically inducible promoters
The transgenic expression constructs can also contain a chemically inducible promoter (review article: Gatz et al. (1997) Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol 48: 89-108), by means of which the expression of the exogenous gene in the plant can be controlled at a specific point in time can. Such promoters, such as. B. the PRP1 promoter (Ward et al. (1993) Plant Mol Biol 22: 361-366), salicylic acid-inducible promoter (WO 95/19443), a benzenesulfonamide-inducible promoter (EP 0 388 186), a tetracycline inducible promoter (Gatz et al. (1992) Plant J 2: 397-404), a promoter inducible by abscisic acid (EP 0 335 528) or a promoter inducible by ethanol or cyclohexanone (WO 93/21334) can also be used , - d) stress or pathogen inducible promoters
Also preferred are promoters that are induced by biotic or ablotic stress, such as the pathogen-inducible promoter of the PRP1 gene (Ward et al. (1993) Plant Mol Biol 22: 361-366), the heat-inducible hsp70 or hsp80 promoter from tomato (US 5,187,267), the cold-inducing alpha-amylase promoter from the potato (WO 96/12814), the light-inducible PPDK promoter or the wound-induced pinII promoter (EP 375091).
Pathogen-inducible promoters include those of genes induced by pathogen attack such as genes from PR proteins, SAR proteins, β-1,3-glucanase, chitinase etc. (e.g. Redolfi et al. (1983) Neth J Plant Pathol 89: 245-254; Uknes, et al. (1992) The Plant Cell 4: 645-656; Van Loon (1985) Plant Mol Viral 4: 111-116; Marineau et al. (1987) Plant Mol Biol 9: 335-342; Matton et al. (1987) Molecular Plant-Microbe Interactions 2: 325-342; Somssich et al. (1986) Proc Natl Acad Sci USA 83: 2427-2430; Somssich et al. (1988) Mol Gen Genetics 2: 93-98; Chen et al. (1996) Plant J 10: 955-966; Zhang and Sing (1994) Proc Natl Acad Sci USA 91: 2507-2511; Warner, et al. (1993) Plant J 3: 191-201; Siebertz et al. (1989) Plant Cell 1: 961-968 (1989).
Also included are wound-inducible promoters such as that of the pinII gene (Ryan (1990) Ann Rev Phytopath 28: 425-449; Duan et al. (1996) Nat Biotech 14: 494-498), the wun1 and wun2 genes (US 5,428,148), the win1 and win2 genes (Stanford et al. (1989) Mol Gen Genet 215: 200-208), the Systemin (McGurl et al. (1992) Science 225: 1570-1573), the WIP1 gene (Rohmeier et al. (1993) Plant Mol Biol 22: 783-792; Eckelkamp et al. (1993) FEBS Letters 323: 73-76), the MPI gene (Corderok et al. (1994) The Plant J 6 ( 2): 141-150) and the like. - e) Development-dependent promoters
Further suitable promoters are, for example, fruit-ripening-specific promoters, such as, for example, the fruit-ripening-specific promoter from tomato (WO 94/21794, EP 409 625). Development-dependent promoters partly include the tissue-specific promoters, since the formation of individual tissues is naturally development-dependent.
Besonders bevorzugt sind konstitutive, samenspezifische sowie blattspezifische Promotoren. Constitutive, seed-specific as well as leaf-specific promoters.
Es können ferner weitere Promotoren funktionell mit der zu exprimierenden Nukleinsäuresequenz verknüpft sein, die eine transgene Expression in weiteren Pflanzengeweben oder in anderen Organismen, wie zum Beispiel E.coli Bakterien ermöglichen. Als Pflanzen Promotoren kommen im Prinzip alle oben beschriebenen Promotoren in Frage. Further promoters can also functionally function with the expressing nucleic acid sequence can be linked that a transgenic expression in other plant tissues or in others Enable organisms such as E.coli bacteria. As Plant promoters come in principle all described above Promoters in question.
Die in den erfindungsgemäßen transgenen Expressionskonstrukten oder transgenen Expressionsvektoren enthaltenen Nukleinsäuresequenzen können mit weiteren genetischen Kontrollsequenzen neben einem Promoter funktionell verknüpft sein. Der Begriff der genetischen Kontrollsequenzen ist breit zu verstehen und meint all solche Sequenzen, die einen Einfluss auf das Zustandekommen oder die Funktion eines erfindungsgemäßen transgenen Expressionskonstruktes haben. Genetische Kontrollsequenzen modifizieren zum Beispiel die Transkription und Translation in prokaryotischen oder eukaryotischen Organismen. Vorzugsweise umfassen die erfindungsgemäßen transgenen Expressionskonstrukte 5'-stromaufwärts von der jeweiligen transgen zu exprimierenden Nukleinsäuresequenz einen pflanzenspezifischen Promoter und 3'-stromabwärts eine Terminatorsequenz als zusätzliche genetische Kontrollsequenz, sowie gegebenenfalls weitere übliche regulative Elemente, und zwar jeweils funktionell verknüpft mit der transgen zu exprimierenden Nukleinsäuresequenz. The in the transgenic expression constructs according to the invention or contain transgenic expression vectors Nucleic acid sequences can be linked to other genetic control sequences be functionally linked next to a promoter. The concept of genetic control sequences is to be understood broadly and means all those sequences that have an impact on the formation or the function of a transgenic according to the invention Have expression construct. Modify genetic control sequences to Example the transcription and translation in prokaryotic or eukaryotic organisms. Preferably, the transgenic expression constructs according to the invention 5 'upstream of the respective transgene to be expressed Nucleic acid sequence a plant specific promoter and 3'-downstream a terminator sequence as an additional genetic Control sequence, as well as any other usual regulatory Elements, each functionally linked to the transgene nucleic acid sequence to be expressed.
Genetische Kontrollsequenzen umfassen auch weitere Promotoren, Promotorelemente oder Minimalpromotoren, die die expressionssteuernden Eigenschaften modifizieren können. So kann durch genetische Kontrollsequenzen zum Beispiel die gewebespezifische Expression zusätzlich abhängig von bestimmten Stressfaktoren erfolgen. Entsprechende Elemente sind zum Beispiel für Wasserstress, Abscisinsäure (Lam E und Chua NH, J Biol Chem 1991; 266(26): 17131-17135) und Hitzestress (Schoffl F et al. (1989) Mol Gen Genetics 217(2-3): 246-53) beschrieben. Genetic control sequences also include other promoters Promoter elements or minimal promoters that the can modify expression-controlling properties. So through genetic control sequences, for example the tissue-specific ones Expression also depends on certain stress factors respectively. Corresponding elements are for example for Water stress, abscisic acid (Lam E and Chua NH, J Biol Chem 1991; 266 (26): 17131-17135) and heat stress (Schoffl F et al. (1989) Mol Gen Genetics 217 (2-3): 246-53).
Weitere vorteilhafte Kontrollsequenzen sind beispielsweise in den gram-positiven Promotoren amy und SPO2, in den Hefe- oder Pilzpromotoren ADC1, MFa, AC, P-60, CYC1, GAPDH, TEF, rp28, ADH. Further advantageous control sequences are, for example, in the gram-positive promoters amy and SPO2, in the yeast or Fungus promoters ADC1, MFa, AC, P-60, CYC1, GAPDH, TEF, rp28, ADH.
Prinzipiell können alle natürlichen Promotoren mit ihren Regulationssequenzen wie die oben genannten für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden. Darüberhinaus können auch synthetische Promotoren vorteilhaft verwendet werden. In principle, all natural promoters can with their Regulatory sequences like the above for the inventive methods are used. You can also synthetic promoters can be used advantageously.
Genetische Kontrollsequenzen umfassen ferner auch die 5'-untranslatierte Regionen, Introns oder nichtkodierende 3'-Region von Genen wie beipielsweise das Actin-1 Intron, oder die Adh1-S Introns 1, 2 und 6 (allgemein: The Maize Handbook, Chapter 116, Freeling and Walbot, Eds., Springer, New York (1994)). Es ist gezeigt worden, dass diese eine signifikante Funktionen bei der Regulation der Genexpression spielen können. So wurde gezeigt, dass 5'-untranslatierte Sequenzen die transiente Expression heterologer Gene verstärken können. Beispielhaft für Translationsverstärker sei die 5'-Leadersequenz aus dem Tabak- Mosaik-Virus zu nennen (Gallie et al. (1987) Nucl Acids Res 15: 8693-8711) und dergleichen. Sie können ferner die Gewebsspezifität fördern (Rouster J et al. (1998) Plant J 15: 435-440). Genetic control sequences also include the 5 'untranslated regions, introns or 3' non-coding region of Genes such as the Actin-1 intron, or the Adh1-S Introns 1, 2 and 6 (general: The Maize Handbook, Chapter 116, Freeling and Walbot, Eds., Springer, New York (1994)). It is been shown to have significant functions in can play a role in regulating gene expression. So it was demonstrated that 5'-untranslated sequences made the transient Can enhance expression of heterologous genes. Exemplary for Translation enhancer is the 5 'leader sequence from the tobacco To name the mosaic virus (Gallie et al. (1987) Nucl Acids Res 15: 8693-8711) and the like. You can also use the Promote tissue specificity (Rouster J et al. (1998) Plant J 15: 435-440).
Das transgene Expressionskonstrukt kann vorteilhafterweise eine oder mehrere sogenannte "enhancer Sequenzen" funktionell verknüpft mit dem Promoter enthalten, die eine erhöhte transgene Expression der Nukleinsäuresequenz ermöglichen. Auch am 3'-Ende der transgen zu exprimierenden Nukleinsäuresequenzen können zusätzliche vorteilhafte Sequenzen inseriert werden, wie weitere regulatorische Elemente oder Terminatoren. Die transgen zu exprimierenden Nukleinsäuresequenzen können in einer oder mehreren Kopien im Genkonstrukt enthalten sein. The transgenic expression construct can advantageously be a or several so-called "enhancer sequences" functionally linked to the promoter containing an increased transgenic Enable expression of the nucleic acid sequence. Also at the 3 'end of the transgenic nucleic acid sequences to be expressed additional advantageous sequences are inserted, such as further regulatory elements or terminators. The Nucleic acid sequences to be expressed transgenically can be in a or several copies can be contained in the gene construct.
Als Kontrollsequenzen geeignete Polyadenylierungssignale sind pflanzliche Polyadenylierungssignale, vorzugsweise solche, die im wesentlichen T-DNA Polyadenylierungssignale aus Agrobacterium tumefaciens, insbesondere des Gens 3 der T-DNA (Octopin Synthase) des Ti-Plasmids pTiACHS entsprechen (Gielen et al. (1984) EMBO J 3: 835 ff) oder funktionelle Äquivalente davon. Beispiele für besonders geeignete Terminatorsequenzen sind der OCS (Octopin- Synthase)-Terminator und der NOS (Nopalin-Synthase)-Terminator. Suitable polyadenylation signals as control sequences vegetable polyadenylation signals, preferably those which essentially T-DNA polyadenylation signals from Agrobacterium tumefaciens, especially gene 3 of T-DNA (octopine synthase) of the Ti plasmid pTiACHS (Gielen et al. (1984) EMBO J 3: 835 ff) or functional equivalents thereof. examples for particularly suitable terminator sequences are the OCS (octopine Synthase) terminator and the NOS (nopaline synthase) terminator.
Als Kontrollsequenzen sind weiterhin solche zu verstehen, die eine homologe Rekombination bzw. Insertion in das Genom eines Wirtsorganismus ermöglichen oder die Entfernung aus dem Genom erlauben. Bei der homologen Rekombination kann zum Beispiel die kodierende Sequenz eines bestimmten endogenen Gens gegen die für eine dsRNA kodierende Sequenz gezielt ausgetauscht werden. Methoden wie die cre/lox-Technologie erlauben eine gewebespezifische, unter Umständen induzierbare Entfernung des transgenen Expressionskonstruktes aus dem Genom des Wirtsorganismus (Sauer B (1998) Methods 14(4): 381-92). Hier werden bestimmte flankierende Sequenzen dem Zielgen angefügt (lox-Sequenzen), die später eine Entfernung mittels der cre-Rekombinase ermöglichen. Control sequences are also to be understood as those which a homologous recombination or insertion into the genome of a Allow host organism or removal from the genome allow. With homologous recombination, for example coding sequence of a specific endogenous gene against the can be exchanged specifically for a sequence coding for dsRNA. Methods like cre / lox technology allow one tissue-specific, possibly inducible removal of the transgenic expression construct from the genome of the host organism (Sauer B (1998) Methods 14 (4): 381-92). Here are certain flanking sequences added to the target gene (lox sequences), the later allow removal using the cre recombinase.
Ein transgenes Expressionskonstrukt und/oder die von ihm
abgeleiteten transgenen Expressionsvektoren können weitere
Funktionselemente enthalten. Der Begriff Funktionselement ist
breit zu verstehen und meint all solche Elemente, die einen
Einfluss auf Herstellung, Vermehrung oder Funktion der
erfindungsgemäßen transgenen Expressionskonstrukte, der transgenen
Expressionsvektoren oder der transgenen Organismen haben.
Beispielhaft aber nicht einschränkend seien zu nennen:
- a) Selektionsmarker, die eine Resistenz gegen einen Metabolismusinhibitor wie 2-Desoxyglucose-6-phosphat (WO 98/45456), Antibiotika oder Biozide, bevorzugt Herbizide, wie zum Beispiel Kanamycin, G 418, Bleomycin, Hygromycin, oder Phosphinotricin etc. verleihen. Besonders bevorzugte Selektionsmarker sind solche die eine Resistenz gegen Herbizide verleihen. Beispielhaft seien genannt: DNA Sequenzen, die für Phosphinothricinacetyltransferasen (PAT) kodieren und Glutaminsynthaseinhibitoren inaktivieren (bar und pat Gen), 5-Enolpyruvylshikimat-3-phosphatsynthasegene (EPSP Synthasegene), die eine Resistenz gegen Glyphosat® (N-(phosphonomethyl)glycin) verleihen, das für das Glyphosat® degradierende Enzyme kodierende gox Gen (Glyphosatoxidoreduktase), das deh Gen (kodierend für eine Dehalogenase, die Dalapon inaktiviert), Sulfonylurea- und Imidazolinon inaktivierende Acetolactatsynthasen sowie bxn Gene, die für Bromoxynil degradierende Nitrilaseenzyme kodieren, das aasa-Gen, das eine Resistenz gegen das Antibiotikum Apectinomycin verleih, das Streptomycinphosphotransferase (SPT) Gen, das eine Resistenz gegen Streptomycin gewährt, das Neomycinphosphotransferas (NPTII) Gen, das eine Resistenz gegen Kanamycin oder Geneticidin verleiht, das Hygromycinphosphotransferase (HPT) Gen, das eine Resistenz gegen Hygromycin vermittelt, das Acetolactatsynthas Gen (ALS), das eine Resistenz gegen Sulfonylharnstoff-Herbizide verleiht (z. B. mutierte ALS- Varianten mit z. B. der S4 und/oder Hra Mutation).
- b) Reportergene, die für leicht quantifizierbare Proteine kodieren und über Eigenfarbe oder Enzymaktivität eine Bewertung der Transformationseffizienz oder des Expressionsortes oder -zeitpunktes gewährleisten. Ganz besonders bevorzugt sind dabei Reporter-Proteine (Schenborn E, Groskreutz D. Mol Biotechnol. 1999; 13(1): 29-44) wie das "green fluorescence protein" (GFP) (Sheen et al. (1995) Plant Journal 8(5): 777-784), die Chloramphenicoltransferase, eine Luziferase (Ow et al. (1986) Science 234: 856-859), das Aequorin- Gen (Prasher et al. (1985) Biochem Biophys Res Commun 126(3): 1259-1268), die β-Galactosidase, ganz besonders bevorzugt ist die β-Glucuronidase (Jefferson et al. (1987) EMBO J 6: 3901-3907).
- c) Replikationsursprünge, die eine Vermehrung der erfindungsgemäßen transgenen Expressionskonstrukte oder transgenen Expressionsvektoren in zum Beispiel E.coli gewährleisten. Beispielhaft seien genannt ORI (origin of DNA replication), der pBR322 ori oder der P15A ori (Sambrook et al.: Molecular Cloning. A Laboratory Manual, 2nd ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989).
- d) Elemente, die für eine Agrobakterium vermittelte Pflanzentransformation erforderlich sind, wie zum Beispiel die rechte oder linke Begrenzung der T-DNA oder die vir-Region.
- a) Selection markers which confer resistance to a metabolism inhibitor such as 2-deoxyglucose-6-phosphate (WO 98/45456), antibiotics or biocides, preferably herbicides, such as, for example, kanamycin, G 418, bleomycin, hygromycin, or phosphinotricin etc. Particularly preferred selection markers are those which confer resistance to herbicides. Examples include: DNA sequences which code for phosphinothricin acetyltransferases (PAT) and inactivate glutamine synthase inhibitors (bar and pat gene), 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase genes (EPSP synthase genes) which have resistance to Glyphosat® (Ncin) phosphonomethyl confer the gox gene (glyphosate oxidoreductase) coding for the glyphosate® degrading enzyme, the deh gene (coding for a dehalogenase which inactivates dalapon), sulfonylurea and imidazolinone inactivating acetolactate synthases, and bxn genes which degenerate nitrodenase-degrading enzyme, bromoxynilase Gene conferring resistance to the antibiotic apectinomycin, the streptomycin phosphotransferase (SPT) gene conferring resistance to streptomycin, the neomycin phosphotransferas (NPTII) gene conferring resistance to kanamycin or geneticidin, the hygromycin phosphotransferase (HPT) gene, the Resistance to hygromycin mediates the Acetolacta tsynthas gene (ALS), which confers resistance to sulfonylurea herbicides (e.g. B. mutated ALS variants with z. B. the S4 and / or Hra mutation).
- b) reporter genes which code for easily quantifiable proteins and which, by means of their own color or enzyme activity, ensure an assessment of the transformation efficiency or the place or time of expression. Reporter proteins (Schenborn E, Groskreutz D. Mol Biotechnol. 1999; 13 (1): 29-44) such as the "green fluorescence protein" (GFP) (Sheen et al. (1995) Plant Journal 8 (5): 777-784), chloramphenicol transferase, a luciferase (Ow et al. (1986) Science 234: 856-859), the aequorin gene (Prasher et al. (1985) Biochem Biophys Res Commun 126 (3) : 1259-1268), the β-galactosidase, the β-glucuronidase is very particularly preferred (Jefferson et al. (1987) EMBO J 6: 3901-3907).
- c) origins of replication, which ensure an increase in the transgenic expression constructs or transgenic expression vectors according to the invention in, for example, E. coli. Examples are ORI (origin of DNA replication), the pBR322 ori or the P15A ori (Sambrook et al .: Molecular Cloning. A Laboratory Manual, 2nd ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989).
- d) Elements which are required for an agrobacterium-mediated plant transformation, such as, for example, the right or left border of the T-DNA or the vir region.
Zur Selektion erfolgreich homolog rekombinierter oder auch transformierter Zellen ist es in der Regel erforderlich, einen selektionierbaren Marker zusätzlich einzuführen, der den erfolgreich rekombinierten Zellen eine Resistenz gegen ein Biozid (zum Beispiel ein Herbizid), einen Metabolismusinhibitor wie 2-Desoxyglucose-6-phosphat (WO 98/45456) oder ein Antibiotikum verleiht. Der Selektionsmarker erlaubt die Selektion der transformierten Zellen von untransformierten (McCormick et al. (1986) Plant Cell Reports 5: 81-84). For the selection of successfully homologously recombined or transformed cells, it is usually necessary to use one selectable marker to introduce the successful recombined cells resistance to a biocide (for Example a herbicide), a metabolism inhibitor such as 2-Deoxyglucose-6-phosphate (WO 98/45456) or an antibiotic. The selection marker allows the selection of the transformed ones Untransformed cells (McCormick et al. (1986) Plant Cell Reports 5: 81-84).
Zusätzlich können besagte transgene Expressionskonstrukte oder transgenen Expressionsvektoren Nukleinsäuresequenzen enthalten, die nicht für das Proteins kodiert durch SEQ ID NO: 2, ein funktionelles Äquivalent desselben oder ein funktionell äquivalentes Teil der vorgenannten kodieren, und deren transgene Expression zu einer zusätzlichen Steigerung der Vitamin E-Biosynthese führt (infolge pro-VitE). Diese zusätzlich transgen exprimierte pro-VitE Nukleinsäuresequenz kann - beispielhaft aber nicht einschränkend - ausgewählt sein aus Nukleinsäuren kodierend für Homogentisatphytyltransferase, 2-Methyl-6-plastochinonmethyltransferase, Tocopherolcyclase, γ-Tocopherolmethyltransferase, Hydroxyphenylpyruvatdioxygenase, Tyrosinaminotransferase, tyrA, Geranylgeranylpyrophosphatreduktase. Bei den vorgenannten wird der erwünschte Effekt durch eine Überexpression gewährleistet. Jedoch kann ein entsprechender Effekt auch durch Expression einer einer pro-VitE Nukleinsäuresequenz erreicht werden, die z. B. als antisense RNA oder doppelsträngige RNA die Suppression der Expression bestimmter Gene bewirkt. Geeignete Zielgene wären hier beispielhaft jedoch nicht einschränkend - die Homogentisatdioxygenase. Entsprechende Sequenzen sind dem Fachmann bekannt und aus Datenbanken oder entsprechenden cDNA-Banken der jeweiligen Pflanzen leicht zugänglich. Dem Fachmann ist bewusst, dass auch mehrere unterschiedliche der oben genannten zusätzlichen Expressionen von pro-VitE Nukleinsäuresequenzen im Rahmen der Erfindung kombiniert werden können. In addition, said transgenic expression constructs or contain transgenic expression vectors nucleic acid sequences, which is not encoded for the protein by SEQ ID NO: 2 functional equivalent of the same or a functional encode equivalent part of the above, and their transgenes Expression for an additional boost in vitamin E-biosynthesis leads (as a result of pro-VitE). This additionally transgenic The expressed pro-VitE nucleic acid sequence can - but is exemplary non-limiting - selected from coding from nucleic acids for homogentisate phytyltransferase, 2-methyl-6-plastoquinone methyl transferase, tocopherol cyclase, γ-tocopherol methyl transferase, Hydroxyphenylpyruvate dioxygenase, tyrosine aminotransferase, tyrA, Geranylgeranylpyrophosphatreduktase. With the aforementioned the desired effect is guaranteed by overexpression. However, a corresponding effect can also be achieved by expressing a a pro-VitE nucleic acid sequence can be achieved z. B. as antisense RNA or double-stranded RNA, the suppression of Expression of certain genes causes. Suitable target genes would be here exemplary but not restrictive - the Homogentisate. Corresponding sequences are known to the person skilled in the art and from databases or corresponding cDNA banks of the respective Plants easily accessible. The skilled worker is aware that also several different of the above additional ones Expressions of pro-VitE nucleic acid sequences in the context of Invention can be combined.
Die Einführung eines erfindungsgemäßen transgenen Expressionskonstruktes in einen Organismus oder Zellen, Geweben, Organe, Teile bzw. Samen desselben (bevorzugt in Pflanzen bzw. pflanzliche Zellen, Gewebe, Organe, Teile oder Samen), kann vorteilhaft unter Verwendung von Vektoren realisiert werden, in denen die transgenen Expressionskonstrukte enthalten sind. Vektoren können beispielhaft Plasmide, Cosmide, Phagen, Viren oder auch Agrobacterien sein. Das transgene Expressionskonstrukt kann in den Vektor (bevorzugt ein Plasmidvektor) über eine geeignete Restriktionsschnittstelle eingeführt werden. Der entstandene transgene Expressionsvektor wird zunächst in E.coli eingeführt. Korrekt transformierte E.coli werden selektioniert, gezüchtet und der kombinante Vektor mit dem Fachmann geläufigen Methoden gewonnen. Restriktionsanalyse und Sequenzierung können dazu dienen, den Klonierungsschritt zu prüfen. Bevorzugt sind solche Vektoren, die eine stabile Integration des transgenen Expressionskonstruktes in das Wirtsgenom ermöglichen. The introduction of a transgenic according to the invention Expression construct in an organism or cells, tissues, organs, Parts or seeds of the same (preferably in plants or plant cells, tissues, organs, parts or seeds), can be beneficial can be realized using vectors in which the transgenic expression constructs are included. Vectors can exemplary plasmids, cosmids, phages, viruses or Agrobacteria. The transgenic expression construct can be found in the vector (preferably a plasmid vector) via a suitable one Restriction interface will be introduced. The resulting one transgenic expression vector is first introduced into E. coli. Correctly transformed E. coli are selected, grown and the combined vector using methods familiar to the person skilled in the art won. Restriction analysis and sequencing can do this serve to check the cloning step. Are preferred such vectors that provide stable integration of the transgenic Enable expression construct in the host genome.
Die Herstellung eines transformierten Organismus (bzw. einer transformierten Zelle oder Gewebes) erfordert, dass die entsprechende DNA (z. B. der Expressionsvektor), RNA oder Protein in die entsprechende Wirtszelle eingebracht wird. Für diesen Vorgang, der als Transformation (oder Transduktion bzw. Transfektion) bezeichnet wird, steht eine Vielzahl von Methoden zur Verfügung (Keown et al. (1990) Methods in Enzymology 185: 527-537). So kann die DNA oder RNA beispielhaft direkt durch Mikroinjektion oder durch Bombardierung mit DNA-beschichteten Mikropartikeln eingeführt werden. Auch kann die Zelle chemisch, zum Beispiel mit Polyethylenglycol, permeabilisiert werden, so dass die DNA durch Diffusion in die Zelle gelangen kann. Die DNA kann auch durch Protoplastenfusion mit anderen DNA-enthaltenden Einheiten wie Minicells, Zellen, Lysosomen oder Liposomen erfolgen. Elektroporation ist eine weitere geeignete Methode zur Einführung von DNA, bei der die Zellen reversibel durch einen elektrischen Impuls permeabilisert werden. Entsprechende Verfahren sind beschrieben (beispielsweise bei Bilang et al. (1991) Gene 100: 247-250; Scheid et al. (1991) Mol Gen Genet 228: 104-112; Guerche et al. (1987) Plant Science 52: 111-116; Neuhause et al. (1987) Theor Appl Genet 75: 30-36; Klein et al. (1987) Nature 327: 70-73; Howell et al. (1980) Science 208: 1265; Horsch et al. (1985) Science 227: 1229-1231; DeBlock et al. (1989) Plant Physiology 91: 694-701; Methods for Plant Molecular Biology (Weissbach and Weissbach, eds.) Academic Press Inc. (1988); and Methods in Plant Molecular Biology (Schuler and Zielinski, eds.) Academic Press Inc. (1989)). The production of a transformed organism (or a transformed cell or tissue) requires that the corresponding DNA (e.g. the expression vector), RNA or protein is introduced into the corresponding host cell. For this Process that takes the form of a transformation (or transduction or Transfection) is a variety of methods available (Keown et al. (1990) Methods in Enzymology 185: 527-537). For example, the DNA or RNA can go straight through Microinjection or by bombardment with DNA-coated Microparticles are introduced. The cell can also be chemically for example with polyethylene glycol, can be permeabilized, so that the DNA can get into the cell by diffusion. The DNA can also be obtained by protoplast fusion with others DNA-containing units such as minicells, cells, or lysosomes Liposomes are done. Electroporation is another suitable one Method of introducing DNA in which the cells are reversible be permeabilized by an electrical pulse. Appropriate methods are described (for example at Bilang et al. (1991) Gene 100: 247-250; Scheid et al. (1991) Mol Gen Genet 228: 104-112; Guerche et al. (1987) Plant Science 52: 111-116; Neuhause et al. (1987) Theor Appl Genet 75: 30-36; Klein et al. (1987) Nature 327: 70-73; Howell et al. (1980) Science 208: 1265; Horsch et al. (1985) Science 227: 1229-1231; DeBlock et al. (1989) Plant Physiology 91: 694-701; Methods for Plant Molecular Biology (Weissbach and Weissbach, eds.) Academic Press Inc. (1988); and Methods in Plant Molecular Biology (Schuler and Zielinski, eds.) Academic Press Inc. (1989)).
Bei Pflanzen werden dabei die beschriebenen Methoden zur Transformation und Regeneration von Pflanzen aus Pflanzengeweben oder Pflanzenzellen zur transienten oder stabilen Transformation genutzt. Geeignete Methoden sind vor allem die Protoplastentransformation durch Polyethylenglykol-induzierte DNA-Aufnahme, das biolistische Verfahren mit der Genkanone, die sogenannte "particle bombardment" Methode, die Elektroporation, die Inkubation trockener Embryonen in DNA-haltiger Lösung und die Mikroinjektion. In plants, the methods described are used Transformation and regeneration from plants Plant tissues or plant cells for transient or stable Transformation used. Suitable methods are, above all Protoplast transformation induced by polyethylene glycol DNA uptake, the biolistic method with the gene gun, the so-called "particle bombardment" method, electroporation, the incubation of dry embryos in DNA-containing solution and the microinjection.
Neben diesen "direkten" Transformationstechniken kann eine Transformation auch durch bakterielle Infektion mittels Agrobacterium tumefaciens oder Agrobacterium rhizogenes durchgeführt werden. Die Agrobacterium-vermittelte Transformation ist am besten für dicotyledone Pflanzenzellen geeignet. Die Verfahren sind beispielsweise beschrieben bei Horsch RB et al. (1985) Science 225: 1229f). In addition to these "direct" transformation techniques, a Transformation also by bacterial infection using Agrobacterium tumefaciens or Agrobacterium rhizogenes can be performed. The Agrobacterium -mediated transformation is best for dicotyledonous plant cells suitable. The procedures are described for example by Horsch RB et al. (1985) Science 225: 1229f).
Werden Agrobacterien verwendet, so ist das transgene Expressionskonstrukt in spezielle Plasmide zu integrieren, entweder in einen Zwischenvektor (englisch: shuttle or intermediate vector) oder einen binären Vektor. Wird ein Ti oder Ri Plasmid zur Transformation verwendet werden soll, ist zumindest die rechte Begrenzung, meistens jedoch die rechte und die linke Begrenzung der Ti oder Ri Plasmid T-DNA als flankierende Region mit dem einzuführenden transgenen Expressionskonstrukt verbunden. If Agrobacteria are used, this is transgenic Integrate expression construct into special plasmids, either in an intermediate vector (English: shuttle or intermediate vector) or a binary vector. If a Ti or Ri plasmid is used Transformation to be used is at least the right one Boundary, but mostly the right and the left boundary the Ti or Ri plasmid T-DNA as a flanking region with the connected to be introduced transgenic expression construct.
Bevorzugt werden binäre Vektoren verwendet. Binäre Vektoren können sowohl in E.coli als auch in Agrobacterium replizieren. Sie enthalten in der Regel ein Selektionsmarkergen und einen Linker oder Polylinker flankiert von der rechten und linken T-DNA Begrenzungssequenz. Sie können direkt in Agrobacterium transformiert werden (Holsters et al. (1978) Mol Gen Genet 163: 181-187). Das Selektionsmarkergen erlaubt eine Selektion transformierter Agrobakteria und ist zum Beispiel das nptII Gen, das eine Resistenz gegen Kanamycin verleiht. Das in diesem Fall als Wirtsorganismus fungierende Agrobacterium sollte bereits ein Plasmid mit der vir-Region enthalten. Diese ist für die Übertragung der T-DNA auf die pflanzliche Zelle erforderlich. Ein so transformiertes Agrobacterium kann zur Transformation pflanzlicher Zellen verwendet werden. Die Verwendung von T-DNA zur Transformation pflanzlicher Zellen ist intensiv untersucht und beschrieben (EP 120 516; Hoekema, In: The Binary Plant Vector System, Offsetdrukkerij Kanters B. V., Alblasserdam, Chapter V; An et al. (1985) EMBO 4: 277-287). Verschiedene binäre Vektoren sind bekannt und teilweise kommerziell erhältlich wie zum Beispiel pBI101.2 oder pBIN19 (Clontech Laboratories, Inc. USA). Binary vectors are preferably used. Binary vectors can replicate in both E.coli and Agrobacterium. They usually contain a selection marker gene and one Left or polylinker flanked by the right and left T-DNA restriction sequence. You can go straight to Agrobacterium can be transformed (Holsters et al. (1978) Mol Gen Genet 163: 181-187). The selection marker gene allows selection transformed agrobacteria and is for example the nptII gene, which confers resistance to kanamycin. In this case Agrobacterium acting as the host organism should already be a Contain plasmid with the vir region. This is for the Transfer of T-DNA to the plant cell required. On Agrobacterium thus transformed can be used for transformation plant cells can be used. The use of T-DNA for Transformation of plant cells has been studied intensively and (EP 120 516; Hoekema, In: The Binary Plant Vector System, Offsetdrukkerij Kanters B.V., Alblasserdam, Chapter V; An et al. (1985) EMBO 4: 277-287). Different binary vectors are known and some are commercially available such as Example pBI101.2 or pBIN19 (Clontech Laboratories, Inc. USA).
Weitere zur Expression in Pflanzen geeignet Promotoren sind beschrieben (Rogers et al. (1987) Meth in Enzymol 153: 253-277; Schardl et al. (1987) Gene 61: 1-11; Berger et al. (1989) Proc Natl Acad Sci USA 86: 8402-8406). Further promoters suitable for expression in plants are (Rogers et al. (1987) Meth in Enzymol 153: 253-277; Schardl et al. (1987) Gene 61: 1-11; Berger et al. (1989) Proc Natl Acad Sci USA 86: 8402-8406).
Direkte Transformationstechniken eignen sich für jeden Organismus und Zelltyp. Im Falle von Injektion oder Elektroporation von DNA bzw. RNA in pflanzliche Zellen sind keine besonderen Anforderungen an das verwendete Plasmid gestellt. Einfache Plasmide wie die der pUC-Reihe können verwendet werden. Sollen vollständige Pflanzen aus den transformierten Zellen regeneriert werden, so ist er erforderlich, das sich auf dem Plasmid ein zusätzliches selektionierbares Markergen befindet. Direct transformation techniques are suitable for everyone Organism and cell type. In the case of injection or Electroporation of DNA or RNA into plant cells are not made special demands on the plasmid used. Simple plasmids such as the pUC series can be used. Should complete plants from the transformed cells be regenerated, so it is necessary that on the Plasmid is an additional selectable marker gene.
Stabil transformierte Zellen d. h. solche, die die eingeführte DNA integriert in die DNA der Wirtszelle enthalten, können von untransformierten selektioniert werden, wenn ein selektionierbarer Marker Bestandteil der eingeführten DNA ist. Als Marker kann beispielhaft jedes Gen fungieren, dass eine Resistenz gegen Antibiotika oder Herbizide (wie Kanamycin, G 418, Bleomycin, Hygromycin oder Phosphinotricin etc.) zu verleihen vermag (s. o.). Transformierte Zellen, die ein solches Markergen exprimieren, sind in der Lage, in der Gegenwart von Konzentrationen eines entsprechenden Antibiotikums oder Herbizides zu überleben, die einen untransformierten Wildtyp abtöten. Beispiel sind oben genannt und umfassen bevorzugt das bar Gen, dass Resistenz gegen das Herbizid Phosphinotricin verleiht (Rathore KS et al. (1993) Plant Mol Biol 21(5): 871-884), das nptII Gen, dass Resistenz gegen Kanamycin verleiht, das hpt Gen, das Resistenz gegen Hygromycin verleiht, oder das EPSP-Gen, das Resistenz gegen das Herbizid Glyphosat verleiht. Der Selektionsmarker erlaubt die Selektion von transformierten Zellen von untransformierten (McCormick et al. (1986) Plant Cell Reports 5: 81-84). Die erhaltenen Pflanzen können in üblicher Weise gezüchtet und gekreuzt werden. Zwei oder mehr Generationen sollten kultiviert werden, um sicherzustellen, dass die genomische Integration stabil und vererblich ist. Stably transformed cells d. H. those that the introduced DNA integrated into the DNA of the host cell can contain from untransformed can be selected if a selectable marker is part of the introduced DNA. As a marker can act as an example of any gene that is resistant to Antibiotics or herbicides (such as kanamycin, G 418, bleomycin, Hygromycin or phosphinotricin etc.) is able to confer (see above). Transformed cells that express such a marker gene are able to in the presence of concentrations of one corresponding antibiotic or herbicide to survive the one kill untransformed wild type. Example are mentioned above and preferably include the bar gene that resistance to the herbicide Phosphinotricin confers (Rathore KS et al. (1993) Plant Mol Biol 21 (5): 871-884), the nptII gene that resistance to kanamycin conferred the hpt gene conferring resistance to hygromycin, or the EPSP gene, which is resistant to the herbicide glyphosate gives. The selection marker allows the selection of transformed cells from untransformed (McCormick et al. (1986) Plant Cell Reports 5: 81-84). The plants obtained can in are bred and crossed in the usual way. Two or more Generations should be cultivated to ensure that genomic integration is stable and inheritable.
Die oben genannten Verfahren sind beispielsweise beschrieben in Jenes B et al. (1993) Techniques for Gene Transfer, in: Transgenic Plants, Vol. 1, Engineering and Utilization, herausgegeben von SD Kung und R Wu, Academic Press, S. 128-143 sowie in Potrykus (1991) Annu Rev Plant Physiol Plant Molec Biol 42: 205-225). Vorzugsweise wird das zu transgene Expressionskonstrukt in einen Vektor kloniert, der geeignet ist, Agrobacterium tumefaciens zu transformieren, beispielsweise pBin19 (Bevan et al. (1984) Nucl Acids Res 12: 8711f). The above methods are described in, for example That B et al. (1993) Techniques for Gene Transfer, in: Transgenic Plants, Vol. 1, Engineering and Utilization, published by SD Kung and R Wu, Academic Press, pp. 128-143 and in Potrykus (1991) Annu Rev Plant Physiol Plant Molec Biol 42: 205-225). The expression construct to be transgenic is preferably converted into one Vector cloned that is suitable for Agrobacterium tumefaciens transform, for example pBin19 (Bevan et al. (1984) Nucl Acids Res 12: 8711f).
Sobald eine transformierte Pflanzenzelle hergestellt wurde, kann eine vollständige Pflanze unter Verwendung von dem Fachmann bekannten Verfahren erhalten werden. Hierbei geht man beispielhaft von Kalluskulturen aus. Aus diesen noch undifferenzierten Zellmassen kann die Bildung von Spross und Wurzel in bekannter Weise induziert werden. Die erhaltenen Sprösslinge können ausgepflanzt und gezüchtet werden. Once a transformed plant cell has been made, a whole plant using the skilled person known methods can be obtained. Here you go as an example from callus cultures. From these still undifferentiated Cell masses can cause sprout and root formation in a known manner be induced. The sprouts obtained can be planted out and be bred.
Dem Fachmann sind such Verfahren bekannt, um aus Pflanzenzellen, Pflanzenteile und ganze Pflanzen zu regenerieren. Beispielsweise werden hierzu Verfahren beschrieben von Fennell et al. (1992) Plant Cell Rep. 11: 567-570; Stoeger et al (1995) Plant Cell Rep. 14: 273-278; Jahne et al. (1994) Theor Appl Genet 89: 525-533 verwendet. The person skilled in the art is also aware of processes for extracting from plant cells Regenerate parts of plants and whole plants. For example For this purpose, methods are described by Fennell et al. (1992) Plant Cell Rep. 11: 567-570; Stoeger et al (1995) Plant Cell Rep. 14: 273-278; Jahne et al. (1994) Theor Appl Genet 89: 525-533 used.
"Transgen" meint - zum Beispiel bezüglich einer
Nukleinsäuresequenz, einem Expressionskonstrukt oder einem Expressionsvektor
enthaltend besagte Nukleinsäuresequenz oder einem Organismus
transformiert mit besagter Nukleinsäuresequenz,
Expressionskonstrukt oder Expressionsvektor - alle solche durch
gentechnische Methoden zustandegekommene Konstruktionen, in denen
sich entweder
- a) die Nukleinsäuresequenz kodierend für ein Tocen-1 Protein gemäß SEQ ID NO: 2, ein funktionelles Äquivalent desselben oder ein funktionell äquivalentes Teil der vorgenannten, oder
- b) eine mit besagter Nukleinsäuresequenz unter a) funktionell verknüpfte genetische Kontrollsequenz, zum Beispiel ein Promotor, oder
- c) (a) und (b)
- a) the nucleic acid sequence coding for a Tocen-1 protein according to SEQ ID NO: 2, a functional equivalent thereof or a functionally equivalent part of the aforementioned, or
- b) a genetic control sequence which is functionally linked to said nucleic acid sequence under a), for example a promoter, or
- c) (a) and (b)
"Transgen" meint in Bezug auf eine Expression ("transgene Expression") bevorzugt all solche unter Einsatz eines transgenen Expressionskonstruktes, transgenen Expressionsvektor oder transgenen Organismus - entsprechend dem oben gegebenen Definitionen - realisierten Expressionen. "Transgene" means in relation to an expression ("transgene Expression ") prefers all those using a transgenic Expression construct, transgenic expression vector or transgenic organism - according to the definitions given above - realized expressions.
Als transgene Organismen bevorzugte Wirts- oder Ausgangsorganismen sind vor allem pflanzliche Organismen gemäß der oben genannten Definition. Eingeschlossen sind im Rahmen der Erfindung alle Gattungen und Arten höherer und niedrigerer Pflanzen des Pflanzenreiches, insbesondere Pflanzen, die für die Gewinnung von Ölen verwendet werden wie beispielsweise Raps, Sonnenblume, Sesam, Färberdistel, Ölbaum, Soja, Mais, Weizen und Nussarten. Eingeschlossen sind ferner die reifen Pflanzen, Saatgut, Sprossen und Keimlinge, sowie davon abgeleitete Teile, Vermehrungsgut und Kulturen, zum Beispiel Zellkulturen. Reife Pflanzen meint Pflanzen zu jedem beliebigen Entwicklungsstadium jenseits des Keimlings. Keimling meint eine junge, unreife Pflanze in einem frühen Entwicklungsstadium. Preferred host or as transgenic organisms Starting organisms are mainly plant organisms according to the above mentioned definition. Are included within the scope of the invention all genera and species of higher and lower plants of the Plant-rich, especially plants that are for extraction of oils such as rapeseed, sunflower, Sesame, safflower, olive tree, soy, corn, wheat and types of nuts. The mature plants, seeds and sprouts are also included and seedlings, as well as parts derived therefrom, propagation material and cultures, for example cell cultures. Ripe plants means Plants at any stage of development beyond Seedling. Seedling means a young, immature plant in one early development stage.
Die Herstellung der transgenen Organismen kann mit den oben beschriebenen Verfahren zur Transformation oder Transfektion von Organismen realisiert werden. The production of the transgenic organisms can be done with the above described methods for transformation or transfection be realized by organisms.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft die Verwendung der erfindungsgemäßen, transgenen Organismen und der von ihnen abgeleitete Zellen, Zellkulturen, Teile - wie zum Beispiel bei transgenen pflanzlichen Organismen Wurzeln, Blätter etc. -, und transgenes Vermehrungsgut wie Saaten oder Früchte, zur Herstellung von Nahrungs- oder Futtermitteln, Pharmazeutika oder Feinchemikalien, insbesondere von Vitamin E oder Vitamin E- Derivaten wie beispielsweise Vitamin E Acetat. Another object of the invention relates to the use the transgenic organisms according to the invention and that of them derived cells, cell cultures, parts - such as with transgenic plant organisms roots, leaves etc. -, and transgenic propagation material such as seeds or fruits Manufacture of food or feed, pharmaceuticals or fine chemicals, especially vitamin E or vitamin E Derivatives such as vitamin E acetate.
- 1. SEQ ID NO: 1 Nukleinsäuresequenz kodierend für das Tocen-1 Protein 1. SEQ ID NO: 1 nucleic acid sequence coding for Tocen-1 protein
- 2. SEQ ID NO: 2 Proteinsequenz kodierend für das Tocen-1 Protein 2. SEQ ID NO: 2 protein sequence coding for Tocen-1 protein
- 3. SEQ ID NO: 3 Oligonukleotidprimer sll0832-5' 3. SEQ ID NO: 3 oligonucleotide primers sll0832-5 '
- 4. SEQ ID NO: 4 Oligonukleotidprimer sll0832-3' 4. SEQ ID NO: 4 oligonucleotide primers sll0832-3 '
- 5. SEQ ID NO: 5 Nukleinsäuresequenz kodierend für das SalI-PacI-ocs-HindIII Sequenzfragment 5. SEQ ID NO: 5 nucleic acid sequence coding for the SalI-PacI-ocs-HindIII sequence fragment
- 6. SEQ ID NO: 6 Oligosequenz kodierend für den sense-Strang eines SwaI-Linkers 6. SEQ ID NO: 6 oligo sequence coding for the sense strand a SwaI linker
- 7. SEQ ID NO: 7 Oligosequenz kodierend für den antisense- Strang eines SwaI-Linkers 7. SEQ ID NO: 7 oligo sequence coding for the antisense Strand of a SwaI linker
- 8. SEQ ID NO: 8 Nukleinsäuresequenz kodierend für den Expressionsvektor pSUN2-1 8. SEQ ID NO: 8 nucleic acid sequence coding for the Expression vector pSUN2-1
- 9. SEQ ID NO: 9 Nukleinsäuresequenz kodierend für das rbcS- Transitpeptid 9. SEQ ID NO: 9 nucleic acid sequence coding for the rbcS- transit peptide
- 10. SEQ ID NO: 10 Nukleinsäuresequenz kodierend für den Expressionsvektor pSUN2-2 10. SEQ ID NO: 10 nucleic acid sequence coding for the Expression vector pSUN2-2
- 11. SEQ ID NO: 11 Oligonukleotidprimer 0832ex1-5' 11. SEQ ID NO: 11 oligonucleotide primer 0832ex1-5 '
- 12. SEQ ID NO: 12 Oligonukleotidprimer 0832ex1-3' 12. SEQ ID NO: 12 oligonucleotide primer 0832ex1-3 '
- 13. SEQ ID NO: 13 Nukleinsäuresequenz kodierend für den Nitrilase-1 Promotor aus A.thaliana 13. SEQ ID NO: 13 nucleic acid sequence coding for the A. thaliana nitrilase-1 promoter
- 14. SEQ ID NO: 14 Nukleinsäuresequenz kodierend für den transgenen Expressionsvektor pSUN2/NitP/sll0832/ocs 14. SEQ ID NO: 14 nucleic acid sequence coding for the transgenic expression vector pSUN2 / NITP / sll0832 / ocs
- 15. SEQ ID NO: 15 Nukleinsäuresequenz kodierend für den transgenen Expressionsvektor pSUN2/NitP/rbcS/sll0832/ocs 15. SEQ ID NO: 15 nucleic acid sequence coding for the transgenic expression vector pSUN2 / NITP / rbcS / sll0832 / ocs
- 16. SEQ ID NO: 16 Nukleinsäuresequenz kodierend für den USP- Promotor aus Vicia faba in pUC-Vektor 16. SEQ ID NO: 16 nucleic acid sequence coding for the USP Vicia faba promoter in pUC vector
- 17. SEQ ID NO: 17 Oligonukleotidprimer sll0832ex2-5' 17. SEQ ID NO: 17 oligonucleotide primer sll0832ex2-5 '
- 18. SEQ ID NO: 18 Oligonukleotidprimer Sll0832ex2-3' 18. SEQ ID NO: 18 oligonucleotide primer Sll0832ex2-3 '
- 19. SEQ ID NO: 19 Nukleinsäuresequenz kodierend für den transgenen Expressionsvektor pSUN2-USPsll0832-catT 19. SEQ ID NO: 19 nucleic acid sequence coding for the transgenic expression vector pSUN2-USPsll0832-Catt
- 20. SEQ ID NO: 20 Nukleinsäuresequenz kodieren für das rbcS- MCS-OCS-Fragment (rbs: rbs-Transitpeptid; MCS: Multiple Klonierungsstelle; OCS: Terminationssignal des Octopin-Synthase Gens. 20. SEQ ID NO: 20 nucleic acid sequence encode the rbcS MCS-OCS fragment (rbs: rbs transit peptide; MCS: multiple cloning site; OCS: Termination signal of the octopine synthase gene.
- 21. SEQ ID NO: 21 Nukleinsäuresequenz kodierend für den transgenen Expressionsvektor pSUN2/USP/rbcS/sll0832/ocs 21. SEQ ID NO: 21 nucleic acid sequence coding for the transgenic expression vector pSUN2 / USP / rbcS / sll0832 / ocs
Fig. 1 Konstruktkarte von pCR-Script/sll10832
"A" representiert das für Tocen-1 kodierende DNA-Fragment
(456 Basenpaare)
Fig. 1 construct card from pCR-Script / sll10832
"A" represents the DNA fragment coding for Tocen-1 (456 base pairs)
Fig. 2 Konstruktkarte von pCR-Script/sll0832::tn903
Fragment A' (268 Basenpaare) beinhaltet den 5'-Bereich
von Tocen-1, Fragment B das Transposon 903 (1286
Basenpaare) und Fragment 'A (194 Basenpaare) den 3'-Bereich
von Tocen-1. Die Kanamycin-Kassette des tn903 inserierte
in pCR-Script/sll0832 derart, dass die Transkription des
Kanamycinresistenzgens des Tn903 in entgegengesetzter
Richtung zur Transkription des offenen Leserasters von
Tocen-1 verläuft.
Fig. 2 pCR-Script / sll0832 :: tn903 construct card
Fragment A '(268 base pairs) contains the 5' region of Tocen-1, fragment B the transposon 903 (1286 base pairs) and fragment 'A (194 base pairs) the 3' region of Tocen-1. The kanamycin cassette of the tn903 inserted in pCR-Script / sll0832 in such a way that the transcription of the kanamycin resistance gene of the Tn903 runs in the opposite direction to the transcription of the open reading frame of Tocen-1.
Fig. 3 Tocopherolproduktion in Synechocystis/sll0832::tn903
Zwei unabhängige Tocen-1 Knockout Mutanten (1 und 2)
zeigten im Vergleich zu den Synechocystis spec. PCC 6803
Wildtypzellen (WT) eine signifikante Verminderung in der
Tocopherol- und Tocotrienolproduktion.
Figure 3 Tocopherol production in Synechocystis / sll0832 :: tn903
Two independent Tocen-1 knockout mutants (1 and 2) showed in comparison to the Synechocystis spec. PCC 6803 wild-type cells (WT) showed a significant decrease in tocopherol and tocotrienol production.
Fig. 4 Konstrukkarte von pSUN2/NitP/sll0832/ocs (SEQ ID No: 14)
Fragment "A" (1894 bp): Nitrilase-1 Promotor
Fragment "B" (456 Bp): offenes Leseraster von Tocen-1
Fragment "C" (219 Bp): Terminationssignal des Octopin-
Synthase Gens.
Fig. 4 construct map of pSUN2 / NitP / sll0832 / ocs (SEQ ID No: 14)
Fragment "A" (1894 bp): nitrilase-1 promoter
Fragment "B" (456 bp): open reading frame of Tocen-1
Fragment "C" (219 bp): termination signal of the octopine synthase gene.
Fig. 5 Konstruktkarte von pSUN2/NitP/rbcS/sll0832/ocs
Fragment "A" (1894 bp): Nitrilase-1 Promoter
Fragment "B" (167 bp): Fragment kodierend für das rbcS
Transitpeptid
Fragment "C" (456 bp): offenes Leseraster von Tocen-1
Fragment "D" (219 bp): Terminationssignal des Octopin-
Synthase Gens.
Fig. 5 pSUN2 / NitP / rbcS / sll0832 / ocs construct map
Fragment "A" (1894 bp): nitrilase-1 promoter
Fragment "B" (167 bp): fragment coding for the rbcS transit peptide
Fragment "C" (456 bp): open reading frame of Tocen-1
Fragment "D" (219 bp): termination signal of the octopine synthase gene.
Fig. 6 Konstruktkarte von pSUN2/USP/sll10832/3'cat
Fragment "A" (674 bp): Promotor des USP Gens aus Vicia
faba
Fragment "B" (456 Bp): offenes Leseraster von Tocen-1
Fragment "C" (229 Bp): Terminationssignal des Cathepsin D
Inhibitor Gens.
Fig. 6 pSUN2 / USP / sll10832 / 3'cat construct card
Fragment "A" (674 bp): promoter of the USP gene from Vicia faba
Fragment "B" (456 bp): open reading frame of Tocen-1
Fragment "C" (229 bp): termination signal of the cathepsin D inhibitor gene.
Fig. 7 Konstrukkarte von pSUN2/USP/rbcS/sll0832/ocs
Fragment "A" (674 bp): Promotor des USP Gens aus Vicia
faba
Fragment "B" (174 Bp): Fragment kodierend für das rbcS
Transitpeptiddas
Fragment C (459 Bp): offenes Leseraster von Tocen-1
Fragment D (219 Bp): Terminationssignal des Octopin-
Synthase Gens.
Fig. 7 construction card of pSUN2 / USP / rbcS / sll0832 / ocs
Fragment "A" (674 bp): promoter of the USP gene from Vicia faba
Fragment "B" (174 bp): fragment coding for the rbcS transit peptide
Fragment C (459 bp): open reading frame of Tocen-1
Fragment D (219 bp): termination signal of the octopine synthase gene.
Alle Chemikalien, wenn nicht anders erwähnt, stammen von den Firmen Fluka (Buchs), Merck (Darmstadt), Roth (Karlsruhe), Serva (Heidelberg) und Sigma (Deisenhofen). Restriktionsenzyme, DNA- modifizierende Enzyme und Molekularbiologie-Kits wurden von den Firmen Amersham-Pharmacia (Freiburg), Biometra (Göttingen), Roche (Mannheim), New England Biolabs (Schwalbach), Novagen (Madison, Wisconsin, USA), Perkin-Elmer (Weiterstadt), Qiagen (Hilden), Stratagen (Amsterdam, Niederlande), Invitrogen (Karlsruhe) und Ambion (Cambridgeshire, United Kingdom). Die verwendeten Reagenzien wurden entsprechend der Angaben des Herstellers eingesetzt. All chemicals, unless otherwise stated, are from the Companies Fluka (Buchs), Merck (Darmstadt), Roth (Karlsruhe), Serva (Heidelberg) and Sigma (Deisenhofen). Restriction enzymes, DNA modifying enzymes and molecular biology kits have been developed by the Companies Amersham-Pharmacia (Freiburg), Biometra (Göttingen), Roche (Mannheim), New England Biolabs (Schwalbach), Novagen (Madison, Wisconsin, USA), Perkin-Elmer (Weiterstadt), Qiagen (Hilden), Stratagen (Amsterdam, Netherlands), Invitrogen (Karlsruhe) and Ambion (Cambridgeshire, United Kingdom). The used Reagents were made according to the manufacturer's instructions used.
Die chemische Synthese von Oligonukleotiden kann beispielsweise, in bekannter Weise, nach der Phosphoamiditmethode (Voet, Voet, 2. Auflage, Wiley Press New York, Seite 896-897) erfolgen. Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Klonierungsschritte wie z. B. Restriktionsspaltungen, Agarosegelelektrophorese, Reinigung von DNA-Fragmenten, Transfer von Nukleinsäuren auf Nitrozellulose und Nylonmembranen, Verknüpfen von DNA-Fragmenten, Transformation von E. coli Zellen, Anzucht von Bakterien, Vermehrung von Phagen und Sequenzanalyse rekombinanter DNA werden wie bei Sambrook et al. (1989) Cold Spring Harbor Laboratory Press; ISBN 0-87969-309-6 beschrieben durchgeführt. Die Sequenzierung rekombinanter DNA-Moleküle erfolgt mit einem Laserfluoreszenz-DNA-Sequenzierer der Firma ABI nach der Methode von Sanger (Sanger et al. (1977) Proc Natl Acad Sci USA 74: 5463-5467). The chemical synthesis of oligonucleotides can, for example, in a known manner, according to the phosphoamidite method (Voet, Voet, 2nd edition, Wiley Press New York, pages 896-897). The performed within the scope of the present invention Cloning steps such as B. restriction splits, Agarose gel electrophoresis, purification of DNA fragments, transfer of Nucleic acids on nitrocellulose and nylon membranes, linking of DNA fragments, transformation of E. coli cells, cultivation of Bacteria, phage propagation and recombinant sequence analysis DNA is, as in Sambrook et al. (1989) Cold Spring Harbor Laboratory Press; ISBN 0-87969-309-6. Recombinant DNA molecules are sequenced using a Laser fluorescence DNA sequencer from ABI using the method by Sanger (Sanger et al. (1977) Proc Natl Acad Sci USA 74: 5463-5467).
Die Pflanze Arabidopsis thaliana repräsentiert ein Mitglied der höheren Pflanzen (Samenpflanzen). Diese Pflanze ist eng verwandt mit anderen Pflanzenarten aus der Familie der Cruciferen wie z. B. Brassica napus, aber auch mit anderen Pflanzenfamilien der Dikotyledonen. Aufgrund des hohen Grades an Homologie ihrer DNA-Sequenzen bzw. Polypeptidsequenzen kann Arabidopsis thaliana als Modellpflanze für andere Pflanzenarten eingesetzt werden.
- a) Anzucht von Arabidopsis Pflanzen
Die Pflanzen werden entweder auf Murashige-Skoog Medium mit 0,5% Saccharose (Ogas et al. (1997) Science 277: 91-94) oder auf Erde gezogen (Focks & Benning (1998) Plant Physiol 118: 91-101). Um einheitliche Keimungs- und Blühzeiten zu erreichen, werden die Samen nach Ausplattieren bzw. Ausstreuen auf Erde zwei Tage bei 4°C stratifiziert. Nach der Blüte werden die Schoten markiert. Entsprechend der Markierungen werden dann Schoten mit einem Alter von 6 bis 20 Tagen nach der Blüte geerntet. - b) Anzucht von Synechocystis
Die Zellen von Synechocystis sp. PCC 6803 werden in BG11-Medium normalerweise autotroph kultiviert. Sie haben einen Durchmesser von 2,3 bis 2,5 µm. Bei den hier geschilderten Untersuchungen wurde der Cyanobakterium Synechocystis sp. PCC 6803 Stamm aus der Sammlung von Prof. Dr. Peter Wolk und Prof. Dr. Lee McIntosh (Plant Research Laboratory, Michigan State University, East Lansing, Michigan, USA) eingesetzt. Dieser ist Glukose-tolerant, d. h. er kann auch heterotroph im Dunkeln, mit nur wenigen Minuten schwacher Blaulicht-Beleuchtung pro Tag, wachsen. Diese Kulturbedingungen wurden von Anderson und McIntosh (Anderson und McIntosh (1991) J Bacteriol 173: 2761-2767) entwickelt und "Light-activated heterotrophic growth" (LAHG) genannt. Damit ist es möglich, diese Cyanobakterien ohne laufende Photosynthese und damit ohne Produktion von Sauerstoff zu kultivieren.
BG 11 Kulturmedium für Synechocystis
Stammlösung 100 × BG11:
NaNO3 1,76 M = 149,58 g
MgSO4 × 7 H2O 30,4 mM = 7,49 g
CaCl2 × 2 H2O 24,5 mM = 3,6 g
Zitronensäure 3,12 mM = 0,6 g
15 Na EDTA pH 8 0,279 mM = 0,104 g
Die abgewogenen Substanzen werden in 900 ml H2O gelöst und mit 100 ml des "Trace metal mix stock" 1000x auf 1000 ml aufgefüllt. Diese gewonnene Lösung dient als Stammlösung.
Trace metall mix stock 1000x:
H3BO3 46,3 mM = 2,86 g/l
MnCl2 × 4 H2O 4,15 mM = 1,81 g/l
ZnSO4 × 7 H2O 0,77 mM = 0.222 g/l
Na2MoO4 × 2 H2O 1,61 mM = 0,39 g/l
CuSO4 × 5 H2O 0,32 mM = 0,079 g/l
Co(NO3)2 × 6 H2O 0,17 mM = 0,0494 g/l
Für 1 Liter BG11 Kulturlösung werden folgende Lösungen benötigt:- 1. 10 ml der Stammlösung 100 × BG 11
- 2. 1 ml Na2CO3 (189 mM)
- 3. 5 ml TES (1 M, pH 8)
- 4. 1 ml K2PO4 (175 mM)
- a) Cultivation of Arabidopsis plants
The plants are grown either on Murashige-Skoog medium with 0.5% sucrose (Ogas et al. (1997) Science 277: 91-94) or on earth (Focks & Benning (1998) Plant Physiol 118: 91-101). In order to achieve uniform germination and flowering times, the seeds are stratified at 4 ° C for two days after plating or scattering on earth. After flowering, the pods are marked. According to the markings, pods are harvested 6 to 20 days after flowering. - b) Cultivation of Synechocystis
The cells of Synechocystis sp. PCC 6803 are usually grown autotrophically in BG11 medium. They have a diameter of 2.3 to 2.5 µm. In the investigations described here, the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 strain from the collection of Prof. Dr. Peter Wolk and Prof. Dr. Lee McIntosh (Plant Research Laboratory, Michigan State University, East Lansing, Michigan, USA). This is glucose-tolerant, which means that it can also grow heterotrophically in the dark with only a few minutes of weak blue light lighting per day. These culture conditions were developed by Anderson and McIntosh (Anderson and McIntosh (1991) J Bacteriol 173: 2761-2767) and called "Light-activated heterotrophic growth" (LAHG). This makes it possible to cultivate these cyanobacteria without ongoing photosynthesis and thus without the production of oxygen.
BG 11 culture medium for Synechocystis
Stock solution 100 × BG11:
NaNO 3 1.76 M = 149.58 g
MgSO 4 x 7 H 2 O 30.4 mM = 7.49 g
CaCl 2 x 2 H 2 O 24.5 mM = 3.6 g
Citric acid 3.12 mM = 0.6 g
15 Na EDTA pH 8 0.279 mM = 0.104 g
The weighed substances are dissolved in 900 ml of H 2 O and made up to 1000 ml with 100 ml of the "Trace metal mix stock" 1000 times. This obtained solution serves as a stock solution.
Trace metal mix stock 1000x:
H 3 BO 3 46.3 mM = 2.86 g / l
MnCl 2 x 4 H 2 O 4.15 mM = 1.81 g / l
ZnSO 4 x 7 H 2 O 0.77 mM = 0.222 g / l
Na 2 MoO 4 × 2 H 2 O 1.61 mM = 0.39 g / l
CuSO 4 x 5 H 2 O 0.32 mM = 0.079 g / l
Co (NO 3 ) 2 x 6 H 2 O 0.17 mM = 0.0494 g / l
The following solutions are required for 1 liter of BG11 culture solution:- 1. 10 ml of the stock solution 100 × BG 11
- 2. 1 ml Na 2 CO 3 (189 mM)
- 3.5 ml TES (1 M, pH 8)
- 4.1 ml K 2 PO 4 (175 mM)
Während Lösung 2. und 3. steril filtriert werden sollten, muss Lösung 4 autoklaviert werden. Die gesamte BG11 Kulturlösung muß vor Gebrauch autoklaviert und anschließend mit 1 ml Eisen-Ammonium-Citrat (6 mg/ml), das zuvor steril filtriert wurde, versetzt werden. Das Eisen-Ammonium-Citrat sollte auf keinen Fall autoklaviert werden. Für Agarplatten werden 1,5% (w/v) Bactoagar pro Liter BG11 Medium zugesetzt. While solution 2 and 3 should be sterile filtered, solution 4 must be autoclaved. The entire BG11 Culture solution must be autoclaved before use and then with 1 ml of iron ammonium citrate (6 mg / ml), which was previously sterile was filtered, are added. The iron ammonium citrate should never be autoclaved. For agar plates 1.5% (w / v) Bactoagar are added per liter of BG11 medium.
Die DNA kodierend für Tocen-1 wurde mittels "Polymerase Chain Reaction" (PCR) aus Synechocystis spec. PCC 6803 gemäß der Methode nach Crispin A. Howitt (Howitt CA (1996) BioTechniques 21: 32-34) unter Verwendung eines sense spezifischen Primers (sll0832-5'; SEQ ID NO: 3) und eines antisense spezifischen Primers (sll0832-3'; SEQ ID NO: 4) amplifiziert. The DNA coding for Tocen-1 was determined using the "Polymerase Chain Reaction "(PCR) from Synechocystis spec. PCC 6803 according to the Method according to Crispin A. Howitt (Howitt CA (1996) BioTechniques 21: 32-34) using a sense specific primer (sll0832-5 '; SEQ ID NO: 3) and an antisense specific Primers (sll0832-3 '; SEQ ID NO: 4) amplified.
5'-GGATCCATGGGACGTTGGCCCACTGG-3' (SEQ ID NO: 3) 5'-GGATCCATGGGACGTTGGCCCACTGG-3 '(SEQ ID NO: 3)
5'-GTCGACCTAGCAACGGCCGCTATCC-3' (SEQ ID NO: 4) 5'-GTCGACCTAGCAACGGCCGCTATCC-3 '(SEQ ID NO: 4)
Die PCR erfolgte in einem 50 µl Reaktionsansatz in dem enthalten
war:
5 µl einer Synechocystis spec. PCC 6803 Zellsuspension
0,2 mM dATP, dTTP, dGTP, dCTP
1,5 mM Mg(OAc)2
5 µg Rinderserum-Albumin
40 µmol Oligonukleotidprimer sll0832-5'
40 µmol Oligonukleotidprimer sll0832-3'
15 µl 3,3X rTth DNA Polymerase XLPuffer
(PE Applied Biosystems)
5U rTth DNA Polymerase XL (PE Applied Biosystems)
The PCR was carried out in a 50 µl reaction mixture which contained:
5 µl of a Synechocystis spec. PCC 6803 cell suspension
0.2 mM dATP, dTTP, dGTP, dCTP
1.5 mM Mg (OAc) 2
5 µg bovine serum albumin
40 µmol oligonucleotide primer sll0832-5 '
40 µmol oligonucleotide primer sll0832-3 '
15 µl 3.3X rTth DNA Polymerase XL buffer (PE Applied Biosystems)
5U rTth DNA Polymerase XL (PE Applied Biosystems)
Die PCR wurde unter folgenden Zyklus-Bedingungen durchgeführt:
Schritt 1: 5 Minuten 94°C (Denaturierung)
Schritt 2: 3 Sekunden 94°C
Schritt 3: 1 Minuten 52°C (Annealing)
Schritt 4: 1 Minuten 72°C (Elongation)
35 Wiederholungen der Schritte 2 bis 4
Schritt 5: 10 Minuten 72°C (Post-Elongation)
Schritt 6: 4°C (Warteschleife)
The PCR was carried out under the following cycle conditions:
Step 1: 5 minutes 94 ° C (denaturation)
Step 2: 3 seconds at 94 ° C
Step 3: 1 minute 52 ° C (annealing)
Step 4: 1 minute 72 ° C (elongation)
35 repetitions of steps 2 to 4
Step 5: 10 minutes 72 ° C (post-elongation)
Step 6: 4 ° C (holding pattern)
Das Amplifikat (468 Basenpaare) wurde unter Verwendung von Standardmethoden in den PCR Klonierungsvektor pCR-Script (Stratagene) kloniert. Das Konstrukt hat die Bezeichnung pCR-Script/sll0832. Die Identität des erzeugten Amplikons wurde durch Sequenzierung unter Verwendung des T3- und des T7-Primers bestätigt (vgl. SEQ ID NO: 1). Fig. 1 stellt pCR- Script/sll0832 dar, wobei "A" das für Tocen-1 kodierende DNA- Fragment (456 Basenpaare) representiert. The amplificate (468 base pairs) was cloned into the PCR cloning vector pCR-Script (Stratagene) using standard methods. The construct is called pCR-Script / sll0832. The identity of the amplicon generated was confirmed by sequencing using the T3 and T7 primers (cf. SEQ ID NO: 1). Fig. 1 illustrates pCR-Script / sll0832 is, where "A" coding for Tocen-1 DNA fragment (456 base pairs) representiert.
Ein DNA Konstrukt zur Erzeugung einer Deletionsmutante von Tocen-1 in Synechocystis spec. PCC 6803 wurde unter Anwendung von Standardklonierungstechniken erzeugt. Der Vektor pCR-Script/sll0832 wurde unter Verwendung des Restriktionsenzyms NcoI partiell verdaut und die überstehenden Enden des Restriktionsverdaus nach Standardmethoden in glatte Enden überführt. In die mit stumpfen Enden versehene NcoI Schnittstelle des offenen Leserasters von Tocen-1 wurde die Aminoglycosid-3'Phosphotransferase des Transposons Tn903 kloniert. Dazu wurde das Tn903 als EcoRI Fragment aus dem Vektor pUC4K (Vieira J und Messing J (1982) Gene 19: 259-268) isoliert, die überstehenden Enden des Restriktionsverdaus nach Standardmethoden in glatte Enden überführt und in den NcoI geschnittenen Vektor pCR-Script/sll0832 ligiert (Ncol mit geglätteten Enden). Der Ligationsansatz wurde zur Transformation von E.coli X11 Blue Zellen verwendet. Transformanden wurden durch Verwendung von Kanamycin und Ampicillin selektioniert. Ein rekombinantes Plasmid (pCR-Script/sll0832::tn903; siehe Fig. 2) wurde isoliert und zur Transformation von Synechocystis spec. PCC 6803 gemäß der Methode nach Williams (Williams (1987) Methods Enzymol 167: 776-778) eingesetzt. A DNA construct for generating a deletion mutant of Tocen-1 in Synechocystis spec. PCC 6803 was created using standard cloning techniques. The vector pCR-Script / sll0832 was partially digested using the restriction enzyme NcoI and the protruding ends of the restriction digest were converted into blunt ends using standard methods. The aminoglycoside-3'phosphotransferase of the transposon Tn903 was cloned into the blunt-ended NcoI site of the open reading frame of Tocen-1. For this purpose, the Tn903 was isolated as an EcoRI fragment from the vector pUC4K (Vieira J and Messing J (1982) Gene 19: 259-268), the protruding ends of the restriction digest were converted into blunt ends according to standard methods and cut into the NcoI vector pCR-Script / sll0832 ligated (Ncol with smooth ends). The ligation approach was used to transform E.coli X11 blue cells. Transformants were selected using kanamycin and ampicillin. A recombinant plasmid (pCR-Script / sll0832 :: tn903; see FIG. 2) was isolated and used to transform Synechocystis spec. PCC 6803 used according to the Williams method (Williams (1987) Methods Enzymol 167: 776-778).
Die Kanamycin-Kassette des tn903 inserierte in pCR-Script/sll0832 derart, dass die Transkription des Kanamycinresistenzgens des Tn903 in entgegengesetzter Richtung zur Transkription des offenen Leserasters von Tocen-1 verläuft. The Kanamycin cassette of the tn903 inserted in pCR-Script / sll0832 such that the transcription of the kanamycin resistance gene of the Tn903 in the opposite direction to the transcription of the open Tocen-1 reading frame runs.
In Fig. 2 beinhaltet Fragment A' (268 Basenpaare) den 5'-Bereich von Tocen-1, Fragment B das Transposon 903 (1286 Basenpaare) und Fragment 'A (194 Basenpaare) den 3'-Bereich von Tocen-1. In Figure 2, fragment A '(268 base pairs) contains the 5' region of Tocen-1, fragment B the transposon 903 (1286 base pairs) and fragment 'A (194 base pairs) the 3' region of Tocen-1.
Synechocystis spec. PCC 6803 Transformanden wurden auf Kanamycin haltigem (km) BG-11 Festmedium (Castenholz (1988) Methods in Enzymology Seite 68-93) bei 28°C und 30 µmol Photonen*(m2.s)-1 selektioniert. Acht unabhängige Knockout Mutanten konnten nach fünf Selektionsrunden (Passagen von Einzelkolonien auf frisches BG-11 km Medium) erzeugt werden. Der vollständige Verlust des Tocen-1 Endogens bzw. der Austausch gegen die rekombinante Tocen-1::tn903 DNA wurde durch PCR Analysen bestätigt. Synechocystis spec. PCC 6803 transformants were selected on Kanamycin-containing (km) BG-11 solid medium (Castenholz (1988) Methods in Enzymology page 68-93) at 28 ° C. and 30 μmol photons * (m 2 .s) -1 . Eight independent knockout mutants were generated after five rounds of selection (passages from individual colonies to fresh BG-11 km medium). The complete loss of the Tocen-1 endogen or the exchange for the recombinant Tocen-1 :: tn903 DNA was confirmed by PCR analysis.
Die auf den BG-11 km Agarmedium kultivierten Zellen von jeweils zwei unabhängigen Synechocystis spec, PCC 6803 Tocen-1 Knockout Mutanten sowie untransformierte Wildtypzellen (auf BG11 Agarmedium ohne Kanamycin) wurden zum Animpfen von Flüssigkulturen verwendet. Dazu wurden Zellen der Mutante bzw. des Wildtyps Synechocystis spec. PCC 6803 von Platte in jeweils 10 ml Flüssigkultur überführt. Diese Kulturen wurden bei 28°C und 30 µmol Photonen.(m2.s)-1 (30 µE) für ca. 3 Tage kultiviert. Nach Bestimmung der OD730 der einzelnen Kulturen, wurde die OD730 aller Kulturen durch entsprechende Verdünnungen mit BG-11 (Wildtypen) bzw. BG-11 km (Mutanten) synchronisiert. Diese auf Zelldichte synchronisierten Kulturen wurden zum Animpfen von drei Kulturen der Mutante bzw. der Wildtypkontrolle verwendet. Die biochemischen Analysen konnten somit unter Verwendung von jeweils drei unabhängig gewachsenen Kulturen einer Mutante und der entsprechenden Wildtypen durchgeführt werden. Die Kulturen wurden bis zu einer optischen Dichte von OD730 = 0,3 angezogen. The cells, each cultured on the BG-11 km agar medium, from two independent Synechocystis spec, PCC 6803 Tocen-1 knockout mutants and untransformed wild-type cells (on BG11 agar medium without kanamycin) were used to inoculate liquid cultures. For this purpose, cells of the mutant or the wild type Synechocystis spec. Transfer PCC 6803 from plate to 10 ml liquid culture. These cultures were cultivated at 28 ° C. and 30 μmol photons. (M 2 .s) -1 (30 μE) for about 3 days. After determining the OD 730 of the individual cultures, the OD 730 of all cultures was synchronized by appropriate dilutions with BG-11 (wild types) or BG-11 km (mutants). These cultures, synchronized to cell density, were used to inoculate three cultures of the mutant or the wild-type control. The biochemical analyzes could thus be carried out using three independently grown cultures of a mutant and the corresponding wild types. The cultures were grown to an optical density of OD 730 = 0.3.
Das Medium der Zellkultur wurde durch zweimalige Zentrifugation bei 14000 rpm in einer Eppendorf Tischzentrifuge entfernt. Der daran anschließende Aufschluß der Zellen und Extraktion der Tocopherole und Tocotrienole erfolgte durch zweimalige Inkubation im Eppendorfschüttler bei 30°C, 1000 rpm in 100% Methanol für Minuten, wobei die jeweils erhaltenen Überstände vereinigt wurden. Weitere Inkubationsschritte ergaben keine weitere Freisetzung von Tocopherolen oder Tocotrienolen. The medium of the cell culture was obtained by centrifugation twice at 14000 rpm in an Eppendorf table centrifuge. The then disrupting the cells and extracting the Tocopherols and tocotrienols were incubated twice in an Eppendorf shaker at 30 ° C, 1000 rpm in 100% methanol for Minutes, combining the supernatants obtained in each case were. No further incubation steps resulted Release of tocopherols or tocotrienols.
Um Oxidation zu vermeiden, wurden die erhaltenen Extrakte direkt nach der Extraktion mit Hilfe einer Waters Allience 2690 HPLC- Anlage analysiert. Tocopherole und Tocotrienole wurden über eine Reverse Phase Säule (ProntoSil 200-3-C30, Bischoff) mit einer mobilen Phase von 100% Methanol getrennt und anhand von Standards (Merck) identifiziert. Als Detektionssystem diente die Fluoreszenz der Substanzen (Anregung 295 nm, Emmision 320 nm), die mit Hilfe eines Jasco Fluoreszensdetektors FP 920 nachgewiesen wurde. In order to avoid oxidation, the extracts obtained were direct after extraction using a Waters Allience 2690 HPLC Plant analyzed. Tocopherols and tocotrienols were added via a Reverse phase column (ProntoSil 200-3-C30, Bischoff) with one mobile phase separated from 100% methanol and based on Standards (Merck) identified. Served as a detection system the fluorescence of the substances (excitation 295 nm, emission 320 nm) using a Jasco FP 920 fluorescence detector was proven.
Die Tocen-1 Knockout Mutanten zeigten überraschenderweise im Vergleich zu den Synechocystis spec. PCC 6803 Wildtypzellen einen Verlust der Tocopherol- und Tocotrienolproduktion (Fig. 3). The Tocen-1 knockout mutants surprisingly showed in comparison to the Synechocystis spec. PCC 6803 wild-type cells lost tocopherol and tocotrienol production ( Fig. 3).
Es werden transgene Pflanzen erzeugt, die Tocen-1 zum einen unter Kontrolle des konstitutiven Promoters des Nitrilase-1 (nit1) Gens aus A. thaliana (GenBank Acc.-No.: Y07648.2, Nukleotide 2456-4340, Hillebrand et al. (1996) Gene 170: 197-200) und zum anderen unter Kontrolle des samenspezifischen Promotors des USP (unknown seed protein) Gens aus Vicia faba (Bäumlein et. al. (1991) Mol Gen Genet 225: 459-467) exprimieren. Darüber hinaus wird Tocen-1 als Fusionsprotein mit dem Transitpeptid des rbcS- Proteins (Guerineau et al. (1988) Nucl Acid Res 16: 11380) sowohl konstitutiv als auch samenspezifisch exprimiert. Als Expressionsvektor dienen Derivate des pSUN-Vektors (WO 02/00900). Transgenic plants are produced, the Tocen-1 on the one hand Control of the constitutive promoter of nitrilase-1 (nit1) A. thaliana gene (GenBank Acc.-No .: Y07648.2, nucleotides 2456-4340, Hillebrand et al. (1996) Gene 170: 197-200) and at others under the control of the USP's seed-specific promoter (unknown seed protein) gene from Vicia faba (Bäumlein et. al. (1991) Mol Gen Genet 225: 459-467). Furthermore Tocen-1 is used as a fusion protein with the transit peptide of rbcS- Proteins (Guerineau et al. (1988) Nucl Acid Res 16: 11380) both expressed both constitutively and seed-specifically. As Expression vectors serve derivatives of the pSUN vector (WO 02/00900).
Für die konstitutive Expression wurde der Vektor pSUN2 unter Anwendung von Standardmethoden so verändert, dass der ocs- Terminator (Gielen et al. (1984) EMBO J 3: 835-846) als SalI- PacI-ocs-HindIII Fragment (Sequenz ID No: 5) eingebracht wird. Durch Einführung eines Linkers wird zusätzlich eine SwaI Schnittstelle in den Polylinker eingeführt (SEQ ID No: 6 and SEQ ID No: 7). Das resultierende Plasmid wird mit pSUN2-1 bezeichnet (Sequenz ID NO: 8). The vector pSUN2 was used for the constitutive expression Use of standard methods changed so that the ocs- Terminator (Gielen et al. (1984) EMBO J 3: 835-846) as SalI- PacI-ocs-HindIII fragment (Sequence ID No: 5) is introduced. By introducing a linker, an additional SwaI Interface introduced in the polylinker (SEQ ID No: 6 and SEQ ID No: 7). The resulting plasmid is made with pSUN2-1 designated (Sequence ID NO: 8).
Für die Expression als Fusionsprotein mit dem rbcS-Transitpeptid wird das DNA-Fragment kodierend für das rbcS-Transitpeptid als SacI-SwaI-Fragment amplifiziert (Sequenz ID No: 9) und in den pSUN2-1 eingeführt. Der Vektor wird als pSUN2-2 bezeichnet (Sequenz ID NO: 10). For expression as a fusion protein with the rbcS transit peptide the DNA fragment is coding for the rbcS transit peptide as SacI-SwaI fragment amplified (Sequence ID No: 9) and in the pSUN2-1 introduced. The vector is called pSUN2-2 (Sequence ID NO: 10).
Zur Expression von Tocen-1 unter konstitutiver Kontrolle wird der ORF als SwaI-PacI-Fragment unter Verwendung von Standardmethoden mit Hilfe der Primer 0832ex1-5' und 0832ex1-3' (SEQ ID No. 11 und SEQ ID No. 12) amplifiziert. Das entstehende 462 bp-Fragment wird in den pCR4Blunt-TOPO (Invitrogen) nach Angaben des Herstellers kloniert und mit Hilfe des T3- und T7-Primers sequenziert. For the expression of Tocen-1 under constitutive control the ORF as a SwaI-PacI fragment using standard methods using the primers 0832ex1-5 'and 0832ex1-3' (SEQ ID No. 11 and SEQ ID No. 12) amplified. The resulting 462 bp fragment becomes in the pCR4Blunt-TOPO (Invitrogen) according to the manufacturer cloned and sequenced using the T3 and T7 primers.
Ein korrekter Klon wird mit SwaI-PacI geschnitten und unter Anwendung von Standardmethoden in einen SwaI-PacI geschnittenen pSUN2-1 ligiert. In das resultierende Konstrukt, das mit Ecl136II geschnitten wird, wird der Nitrilase-Promoter als XhoI-Fragment (SEQ ID No: 13), dessen überhängende Enden mit Klenow-Polymerase nach Standardmethoden aufgefüllt werden, kloniert. Dieses Plasmid wird mit pSUN2/NitP/sll0832/ocs bezeichnet (SEQ ID No: 14) und zur Erzeugung transgener Pflanzen verwendet (vgl. Fig. 4). A correct clone is cut with SwaI-PacI and ligated into a SwaI-PacI cut pSUN2-1 using standard methods. In the resulting construct, which is cut with Ecl136II, the nitrilase promoter is cloned as an XhoI fragment (SEQ ID No: 13), the overhanging ends of which are filled in with Klenow polymerase according to standard methods. This plasmid is designated pSUN2 / NitP / sll0832 / ocs (SEQ ID No: 14) and used to generate transgenic plants (cf. FIG. 4).
Zur Konstruktion eines Plasmides, das Tocen-1 als Fusionsprotein mit dem Transitpeptid des rbcS-Proteins unter Kontrolle des konstitutiven Promoters NitP exprimiert, wird pSUN2-2 mit SwaI und PacI geschnitten. Der so geschnittene Vektor wird mit dem Tocen-1 Fragment ligiert, das nach Verdau mit SwaI und PacI aus pCR-Script/sll0832 isoliert wird. In das resultierende Plasmid, das mit Ecl136II geschnitten wird, wird der Nitrilase-Promoter (SEQ ID NO: 13) als XhoI-Fragment, dessen überhängende Enden mit Klenow-Polymerase nach Standardmethoden aufgefüllt werden, ligiert. Diese Klonierung erlaubt die Expression eines Fusionsproteins, das das Transitpeptid des rbcs-Proteins und Tocen-1 enthält (vgl. Fig. 5, SEQ ID No. 15). To construct a plasmid that expresses Tocen-1 as a fusion protein with the transit peptide of the rbcS protein under the control of the constitutive promoter NitP, pSUN2-2 is cut with SwaI and PacI. The vector cut in this way is ligated with the Tocen-1 fragment, which is isolated from pCR-Script / sll0832 after digestion with SwaI and PacI. The nitrilase promoter (SEQ ID NO: 13) as the XhoI fragment, the overhanging ends of which are filled in with Klenow polymerase according to standard methods, is ligated into the resulting plasmid, which is cut with Ecl136II. This cloning allows the expression of a fusion protein which contains the transit peptide of the rbcs protein and Tocen-1 (see FIG. 5, SEQ ID No. 15).
Zur Erzeugung eines Plasmides, welches die samenspezifische Expression von Tocen-1 in Pflanzen ermöglicht, wird der samenspezifische Promotor des USP Gens aus Vici faba verwendet, der als EcoRI-NcoI-Fragment in einem pUC-Derivat vorliegt (SEQ ID NO: 16). To generate a plasmid which is the seed-specific Expression of Tocen-1 in plants is made possible seed-specific promoter of the USP gene from Vici faba used, which is present as an EcoRI-NcoI fragment in a pUC derivative (SEQ ID NO: 16).
Für die Klonierung unter Kontrolle des USP-Promoters wird das
offene Leseraster von Tocen-1 unter Verwendung von Standard-PCR-
Methoden so amplifiziert, dass am 5'-Ende eine BbsI-Schnittstelle
und am 3'-Ende eine EcoRV-Schnittstelle generiert werden. Dazu
werden nachfolgende der Oligonukleotidprimer verwendet:
sll0832ex2-5': (SEQ ID NO: 17) und
sll0832ex2-3': (SEQ ID No: 18)
For the cloning under the control of the USP promoter, the open reading frame of Tocen-1 is amplified using standard PCR methods in such a way that a BbsI interface is generated at the 5 'end and an EcoRV interface at the 3' end , The following oligonucleotide primers are used for this:
sll0832ex2-5 ': (SEQ ID NO: 17) and
sll0832ex2-3 ': (SEQ ID No: 18)
Das Amplifikat wird in pCR4Blunt-TOPO kloniert und sequenziert. Das PCR-Produkt wird als BbsI-EcoRV-Fragment in den mit NcoI (überhängende Enden kompatibel mit 5'-Überhang des PCR-Produktes) und EcoRV geschnittenen Vektor ligiert. Das Expressionskonstrukt wird als PmeI und AfeI-Fragment in den mit EcoRV geschnittenen pSUN2 ligiert. Das resultierende Plasmid heißt pSun2-USP- sll0832-3'cat (vgl. Fig. 6, SEQ ID NO: 19). The amplificate is cloned in pCR4Blunt-TOPO and sequenced. The PCR product is ligated as a BbsI-EcoRV fragment in the vector cut with NcoI (overhanging ends compatible with 5 'overhang of the PCR product) and EcoRV. The expression construct is ligated as a PmeI and AfeI fragment in the pSUN2 cut with EcoRV. The resulting plasmid is called pSun2-USP-sll0832-3'cat (see FIG. 6, SEQ ID NO: 19).
Für die Konstruktion eines Plasmides, das die samenspezifische Expression als Fusionsprotein mit dem rbcS Transitpeptid erlaubt, wird das rbcS-Fragment zusammen mit dem ocs-Terminator als NcoI- HindIII-Fragment (SEQ ID No: 20) aus pSUN2-2 amplifiziert und in das pUC-Derivat kloniert, der den USP Promoter enthält. Promoter, rbcS und ocs werden als PmeI-AfeI-Fragment in den mit EcoRV geschnittenen pSUN2 kloniert. In diesen Expressionsvektor wird Tocen-1 als SwaI-PacI-Fragment kloniert. Das resultierende Plasmid heißt pSUN2/USP/rbcS/sll0832/ocs (Fig. 7, SEQ ID No: 21). For the construction of a plasmid that allows seed-specific expression as a fusion protein with the rbcS transit peptide, the rbcS fragment is amplified together with the ocs terminator as an NcoI-HindIII fragment (SEQ ID No: 20) from pSUN2-2 and into the Cloned pUC derivative containing the USP promoter. Promoters, rbcS and ocs are cloned as PmeI-AfeI fragments in pSUN2 cut with EcoRV. Tocen-1 is cloned into this expression vector as a SwaI-PacI fragment. The resulting plasmid is called pSUN2 / USP / rbcS / sll0832 / ocs ( Fig. 7, SEQ ID No: 21).
Wildtyp A.thaliana Pflanzen (Columbia) werden mit dem Agrobacterium tumefaciens Stamm (EHA105) auf Grundlage einer modifizierten Methode (Steve Clough und Andrew Bent (1998) Plant J 16(6): 735-743) der Vacuum Infiltrationsmethode nach Bechtold et al. (Bechtold N et al. (1993) CRAcad Sci Paris 1144(2): 204-212) transformiert. Wild type A.thaliana plants (Columbia) are grown with the Agrobacterium tumefaciens strain (EHA105) based on a modified method (Steve Clough and Andrew Bent (1998) Plans J 16 (6): 735-743) using the vacuum infiltration method Bechtold et al. (Bechtold N et al. (1993) CRAcad Sci Paris 1144 (2): 204-212).
Die verwendeten A.tumefaciens Zellen werden im Vorfeld mit den Plasmiden pSUN2/NitP/sll0832/ocs (SEQ ID NO: 14), pSUN2/NitP/rbcS/sll0832/ocs (SEQ ID NO: 15), pSUN2/USP/sll0832/catT (SEQ ID NO: 19) bzw. pSUN2/USP/rbcS/sll0832/ocs (SEQ ID NO: 21) transformiert. The A.tumefaciens cells are used in advance with the Plasmids pSUN2 / NitP / sll0832 / ocs (SEQ ID NO: 14), pSUN2 / NitP / rbcS / sll0832 / ocs (SEQ ID NO: 15), pSUN2 / USP / sll0832 / catT (SEQ ID NO: 19) or pSUN2 / USP / rbcS / sll0832 / ocs (SEQ ID NO: 21) transformed.
Samen der Agrobacterium-transformierten Primärtransformanden werden auf Grundlage der Antibiotikaresistenz selektioniert. Antibiotika resistente Keimlinge werden in Erde gepflanzt und als vollentwickelte Pflanzen zur biochemischen Analyse verwendet. Seeds of the Agrobacterium-transformed primary transformants are selected based on antibiotic resistance. Antibiotic resistant seedlings are planted in soil and used as fully developed plants for biochemical analysis.
Die Herstellung transgener Raps Pflanzen orientiert sich an einem Protokoll von Bade JB und Damm B (in Gene Transfer to Plants, Potrykus, I. und Spangenberg, G., eds, Springer Lab Manual, Springer Verlag, 1995, 30-38), in welchem auch die Zusammensetzung der verwendeten Medien und Puffer angegeben ist. The production of transgenic oilseed rape plants is based on one Protocol from Bade JB and Damm B (in Gene Transfer to Plants, Potrykus, I. and Spangenberg, G., eds, Springer Lab Manual, Springer Verlag, 1995, 30-38), in which also the Composition of the media and buffers used is specified.
Die Transformationen erfolgen mit den Agrobacterium tumefaciens Stämmen EHA105 bzw. GV3101. Zur Transformation werden die Plasmide pSUN2/NitP/sll0832/ocs (SEQ ID NO: 14), pSUN2/NitP/rbcS/sll0832/ocs (SEQ ID NO: 15), pSUN2/USP/sll0832/catT (SEQ ID NO: 19) bzw. pSUN2/USP/rbcS/sll0832/ocs (SEQ ID NO: 21) verwendet. The transformations are carried out with the Agrobacterium tumefaciens Strains EHA105 or GV3101. For transformation, the Plasmids pSUN2 / NitP / sll0832 / ocs (SEQ ID NO: 14), pSUN2 / NitP / rbcS / sll0832 / ocs (SEQ ID NO: 15), pSUN2 / USP / sll0832 / catT (SEQ ID NO: 19) or pSUN2 / USP / rbcS / sll0832 / ocs (SEQ ID NO: 21) used.
Samen von Brassica napus var. Westar werden mit 70% Ethanol (v/v) oberflächensteril gemacht, 10 Minuten bei 55°C in Wasser gewaschen, in 1%iger Hypochlorit-Lösung (25% v/v Teepol, 0,1% v/v Tween 20) für 20 Minuten inkubiert und sechsmal mit sterilem Wasser für jeweils 20 Minuten gewaschen. Die Samen werden drei Tage auf Filterpapier getrocknet und 10 bis 15 Samen in einem Glaskolben mit 15 ml Keimungsmedium zur Keimung gebracht. Von mehreren Keimlingen (ca. 10 cm groß) werden die Wurzeln und Apices entfernt und die verbleibenden Hypokotyle in ca. 6 mm lange Stücke geschnitten. Die so gewonnenen ca. 600 Explantate werden 30 Minuten mit 50 ml Basalmedium gewaschen und in einem 300 ml Kolben überführt. Nach Zugabe von 100 ml Kallusinduktionsmedium wurden die Kulturen für 24 Stunden bei 100 U/min inkubiert. Seeds of Brassica napus var. Westar are made with 70% ethanol (v / v) Surface sterilized, 10 minutes at 55 ° C in water washed, in 1% hypochlorite solution (25% v / v Teepol, 0.1% v / v Tween 20) incubated for 20 minutes and six times with sterile Washed water for 20 minutes each. The seeds are three Days dried on filter paper and 10 to 15 seeds in one Glass flask germinated with 15 ml germination medium. Of the roots and several seedlings (approx. 10 cm tall) Apices removed and the remaining hypocotyls in about 6 mm cut long pieces. The approximately 600 explants obtained in this way are washed for 30 minutes with 50 ml of basal medium and in a 300 ml flask transferred. After adding 100 ml The callus induction medium was grown at 100 rpm for 24 hours incubated.
Vom den einzelnen mit den Plasmiden pSUN2/NitP/sll0832/ocs (SEQ ID NO: 14), pSUN2/NitP/rbcS/sll0832/ocs (SEQ ID NO: 15), pStJN2/USP/sll0832/catT (SEQ ID NO: 19) bzw. pSUN2/USP/rbcS/sll0832/ocs (SEQ ID NO: 21) transformierten Agrobacterien Stämmen wird jeweils eine Übernachtkultur bei 29°C in Luria Broth-Medium mit Kanamycin (20 mg/l) angesetzt, davon 2 ml in 50 ml Luria Broth-Medium ohne Kanamycin für 4 Stunden bei 29°C bis zu einer OD600 von 0,4 bis 0,5 inkubiert. Nach der Pelletierung der Kultur bei 2000 U/min für 25 min wird das Zellpellet in 25 ml Basalmedium resuspendiert. Die Konzentration der Bakterien in der Lösung wird durch Zugabe von weiterem Basalmedium auf eine OD600 von 0,3 eingestellt. From the individual with the plasmids pSUN2 / NitP / sll0832 / ocs (SEQ ID NO: 14), pSUN2 / NitP / rbcS / sll0832 / ocs (SEQ ID NO: 15), pStJN2 / USP / sll0832 / catT (SEQ ID NO: 19) or pSUN2 / USP / rbcS / sll0832 / ocs (SEQ ID NO: 21) transformed Agrobacteria strains, an overnight culture at 29 ° C. is prepared in Luria Broth medium with kanamycin (20 mg / l), of which 2 ml in Incubate 50 ml Luria Broth medium without kanamycin for 4 hours at 29 ° C up to an OD 600 of 0.4 to 0.5. After pelleting the culture at 2000 rpm for 25 min, the cell pellet is resuspended in 25 ml of basal medium. The concentration of the bacteria in the solution is adjusted to an OD 600 of 0.3 by adding further basal medium.
Aus den Raps-Explanten wird das Kallus-Induktionsmedium mit sterilen Pipetten entfernt, 50 ml Agrobacterium-Lösung hinzugefügt, vorsichtig gemischt und für 20 min inkubiert. Die Agrobacterien-Suspension wird entfernt, die Raps-Explante für 1 min mit 50 ml Kallus-Induktionsmedium gewaschen und anschließend 100 ml Kallus-Induktionsmedium hinzugefügt. Die Co-Kultivierung wird für 24 h auf einem Rotiationsschüttler bei 100 U/min durchgeführt. Die Co-Kultivierung wird durch Wegnahme des Kallus- Induktionsmediums gestoppt und die Explante zweimal für jeweils 1 20 min mit 25 ml und zweimal für 60 min mit jeweils 100 ml Waschmedium bei 100 U/min gewaschen. Das Waschmedium mit den Explanten wird in 15 cm Petrischalen überführt und das Medium mit sterilen Pipetten entfernt. The rapeseed explants become the callus induction medium sterile pipettes removed, 50 ml Agrobacterium solution added, mixed gently and incubated for 20 min. The Agrobacteria suspension is removed, the rape explants for 1 min washed with 50 ml callus induction medium and then 100 ml callus induction medium added. The co-cultivation is on a rotary shaker at 100 rpm for 24 h carried out. The co-cultivation is done by removing the callus Induction medium stopped and the explant twice for 1 20 min with 25 ml and twice for 60 min with 100 ml each Wash medium washed at 100 rpm. The washing medium with the explants is transferred to 15 cm petri dishes and the medium with sterile Pipettes removed.
Zur Regeneration werden jeweils 20 bis 30 Explante in 90 mm Petrischalen überführt, welche 25 ml Spross-Induktionsmedium mit Kanamycin enthalten. Die Petrischalen werden mit 2 Lagen Leukopor verschlossen und bei 25°C und 2000 lux bei Photoperioden von 16 Stunden Licht/8 Stunden Dunkelheit inkubiert. Alle 12 Tage werden die sich entwickelnden Kalli auf frische Petrischalen mit Spross-Induktionsmedium überführt. Alle weiteren Schritte zur Regeneration ganzer Pflanzen werden wie von Bade JB und Damm B (in Gene Transfer to Plants, Potrykus, I. und Spangenberg, G., eds, Springer Lab Manual, Springer Verlag, 1995, 30-38) beschrieben durchgeführt. 20 to 30 explants in 90 mm are used for regeneration Petri dishes transferred containing 25 ml sprout induction medium Kanamycin included. The Petri dishes are made with 2 layers of leucopor closed and at 25 ° C and 2000 lux with photoperiods of Incubated 16 hours light / 8 hours dark. Every 12 days the developing calli on fresh petri dishes Sprout induction medium transferred. All further steps to Regeneration of entire plants is carried out as by Bade JB and Damm B (in Gene Transfer to Plants, Potrykus, I. and Spangenberg, G., eds, Springer Lab Manual, Springer Verlag, 1995, 30-38) described.
10 ml YEB-Medium mit Antibiotikum (5 g/l Rinder-Extrakt, 1 g/l Hefe-Extrakt, 5 g/l Pepton, 5 g/l Saccharose und 2 mM MgSO4.) werden mit einer Kolonie der einzelnen mit den Plasmiden pSUN2/NitP/sll0832/ocs (SEQ ID NO: 14), pSUN2/NitP/rbcS/sll0832/ocs (SEQ ID NO: 15), pSUN2/USP/sll0832/catT (SEQ ID NO: 19) bzw. pSUN2/USP/rbcS/sll0832/ocs (SEQ ID NO: 21) transformierten Agrobacterium tumefaciens Stämme beimpft und über Nacht bei 28°C kultiviert. Die Zellen werden 20 min bei 4°C, 3500 U/min in einer Tischzentrifuge pelletiert und danach in frischem YEB-Medium ohne Antibiotika unter sterilen Bedingungen resuspendiert. Die Zellsuspension wird für die Transformation eingesetzt. 10 ml of YEB medium with antibiotic (5 g / l beef extract, 1 g / l yeast extract, 5 g / l peptone, 5 g / l sucrose and 2 mM MgSO 4. ) With a colony of the individual with the Plasmids pSUN2 / NitP / sll0832 / ocs (SEQ ID NO: 14), pSUN2 / NitP / rbcS / sll0832 / ocs (SEQ ID NO: 15), pSUN2 / USP / sll0832 / catT (SEQ ID NO: 19) or pSUN2 / USP / rbcS / sll0832 / ocs (SEQ ID NO: 21) inoculated transformed Agrobacterium tumefaciens strains and cultured overnight at 28 ° C. The cells are pelleted in a table centrifuge for 20 min at 4 ° C., 3500 rpm and then resuspended in fresh YEB medium without antibiotics under sterile conditions. The cell suspension is used for the transformation.
Die Wildtyp-Pflanzen aus Sterilkultur werden durch vegetative Replikation erhalten. Dazu wird nur die Spitze der Pflanze abgeschnitten und auf frisches 2MS-Medium in ein steriles Einweckglas überführt. Vom Rest der Pflanze werden die Haare auf der Blattoberseite und die Mittelrippen der Blätter entfernt. Die Blätter werden mit einer Rasierklinge in etwa 1 cm2 große Stücke geschnitten. Die Agrobakterienkultur wird in eine kleine Petrischale überführt (Durchmesser 2 cm). Die Blattstücke werden kurz durch diese Lösung gezogen und mit der Blattunterseite auf 2MS- Medium in Petrischalen (Durchmesser 9 cm) gelegt, so daß sie das Medium berührten. Nach zwei Tagen im Dunkeln bei 25°C werden die Explantate auf Platten mit Kallusinduktionsmedium überführt und in der Klimakammer auf 28°C temperiert. Das Medium muß alle 7 bis Tage gewechselt werden. Sobald sich Kalli bildeten, werden die Explantate in sterile Einweckgläser auf Sprossinduktionsmedium mit Claforan (0,6% BiTec-Agar (g/v), 2,0 mg/l Zeatinribose, 0,02 mg/l Naphtylessigsäure, 0,02 mg/l Gibberelinsäure, 0,25 g/ml Claforan, 1,6% Glukose (g/v) und 50 mg/l Kanamycin) überführt. Nach etwa einem Monat tritt Organogenese ein und die gebildeten Sprosse können abgeschnitten werden. Die Kultivierung der Sprosse wird auf 2MS-Medium mit Claforan und Selektionsmarker durchgeführt. Sobald sich ein kräftiger Wurzelballen gebildet hat, können die Pflanzen in Pikiererde getopft werden. The wild-type plants from sterile culture are obtained by vegetative replication. For this purpose, only the tip of the plant is cut off and transferred to fresh 2MS medium in a sterile mason jar. The hair on the top of the leaf and the central ribs of the leaves are removed from the rest of the plant. The leaves are cut into approximately 1 cm 2 large pieces with a razor blade. The agrobacterial culture is transferred to a small petri dish (diameter 2 cm). The leaf pieces are briefly drawn through this solution and placed with the underside of the leaf on 2MS medium in Petri dishes (diameter 9 cm), so that they touched the medium. After two days in the dark at 25 ° C, the explants are transferred to plates with callus induction medium and heated to 28 ° C in the climatic chamber. The medium must be changed every 7 to days. As soon as calli were formed, the explants were placed in sterile mason jars on shoot induction medium with Claforan (0.6% BiTec agar (w / v), 2.0 mg / l zeatin ribose, 0.02 mg / l naphthylacetic acid, 0.02 mg / l Gibberelic acid, 0.25 g / ml claforan, 1.6% glucose (g / v) and 50 mg / l kanamycin). After about a month, organogenesis occurs and the shoots formed can be cut off. The shoots are cultivated on 2MS medium with Claforan and a selection marker. As soon as a strong root ball has formed, the plants can be potted in prickly potting soil.
Um zu bestätigen, dass durch die Expression von Tocen-1 die
Vitamin E-Biosynthese in den transgenen Pflanzen beeinflusst
wird, werden die Tocopherol- und Tocotrienol-Gehalte in Blätter
und Samen der mit den beschriebenen Konstrukten transformierten
Pflanzen (Arabidopsis thaliana, Brassica napus und Nicotiana
tabacum) analysiert. Dazu werden die transgenen Pflanzen im
Gewächshaus kultiviert und Pflanzen die das Gen kodierend für
Tocen-1 exprimieren auf Northern-Ebene identifiziert. In Blättern
und Samen dieser Pflanzen wird der Tocopherolgehalt und der
Tocotrienolgehalt ermittelt. In allen Fällen ist die Tocopherol- bzw.
Tocotrienol-Konzentration im Vergleich zu nicht transformierten
Pflanzen erhöht.
SEQUENZPROTOKOLL
In order to confirm that the expression of Tocen-1 affects the vitamin E biosynthesis in the transgenic plants, the tocopherol and tocotrienol contents in leaves and seeds of the plants transformed with the described constructs (Arabidopsis thaliana, Brassica napus and Nicotiana tabacum) analyzed. For this purpose, the transgenic plants are cultivated in the greenhouse and plants which express the gene coding for Tocen-1 are identified at the Northern level. The tocopherol content and the tocotrienol content are determined in the leaves and seeds of these plants. In all cases, the tocopherol or tocotrienol concentration is increased compared to non-transformed plants. SEQUENCE LISTING
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